JP6641661B1 - Cutting tools - Google Patents
Cutting tools Download PDFInfo
- Publication number
- JP6641661B1 JP6641661B1 JP2019563311A JP2019563311A JP6641661B1 JP 6641661 B1 JP6641661 B1 JP 6641661B1 JP 2019563311 A JP2019563311 A JP 2019563311A JP 2019563311 A JP2019563311 A JP 2019563311A JP 6641661 B1 JP6641661 B1 JP 6641661B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- residual stress
- mpa
- substrate
- plane
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 107
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 175
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 115
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 54
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 52
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 52
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 70
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 64
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 16
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021480 group 4 element Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910021476 group 6 element Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 34
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 28
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000001887 electron backscatter diffraction Methods 0.000 description 4
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006061 abrasive grain Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 2
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010730 cutting oil Substances 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 2
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 102100032047 Alsin Human genes 0.000 description 1
- 101710187109 Alsin Proteins 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010060 TiBN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008482 TiSiN Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 239000011362 coarse particle Substances 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N isoniazide Chemical compound NNC(=O)C1=CC=NC=C1 QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
- B23B27/148—Composition of the cutting inserts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C5/00—Milling-cutters
- B23C5/16—Milling-cutters characterised by physical features other than shape
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0272—Deposition of sub-layers, e.g. to promote the adhesion of the main coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
- C23C16/40—Oxides
- C23C16/403—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45502—Flow conditions in reaction chamber
- C23C16/45508—Radial flow
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
- C23C16/45563—Gas nozzles
- C23C16/45578—Elongated nozzles, tubes with holes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/042—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
- C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
- C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
すくい面を有する基材とすくい面を被覆する被膜とを備える切削工具であって、被膜は基材上に設けられたα−Al2O3層を含み、α−Al2O3層はα−Al2O3の結晶粒を含み、α−Al2O3層はすくい面において(001)配向した結晶粒の面積比率が50%〜90%であり、X線を用いた2θ−sin2ψ法による残留応力測定において、上記すくい面における上記α−Al2O3層の(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力AAは−1000MPa以上0MPa未満であり、上記すくい面における上記α−Al2O3層の(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力BAは−1000MPa以上0MPa未満であり、|AA|≦|BA|の関係式を満たす、切削工具。A cutting tool comprising a base having a rake face and a coating covering the rake face, wherein the coating includes an α-Al2O3 layer provided on the base, and the α-Al2O3 layer includes α-Al2O3 crystal grains. The α-Al 2 O 3 layer has an area ratio of (001) -oriented crystal grains in the rake face of 50% to 90%, and in the residual stress measurement by the 2θ-sin 2ψ method using X-rays, The residual stress AA in the film obtained based on the crystal plane spacing of the (001) plane of the -Al2O3 layer is not less than -1000 MPa and less than 0 MPa. A cutting tool that has a residual stress BA in the film determined based on -1000 MPa or more and less than 0 MPa and satisfies the relational expression of | AA | ≦ | BA |.
Description
本開示は、切削工具に関する。本出願は、2018年10月15日に出願した日本特許出願である特願2018−194133号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。 The present disclosure relates to cutting tools. This application claims the priority based on Japanese Patent Application No. 2018-194133 filed on October 15, 2018. The entire contents described in the Japanese patent application are incorporated herein by reference.
従来より、基材上に被膜を被覆した切削工具が用いられている。たとえば、特開2004−284003号公報(特許文献1)は、層の表面の法線方向から平面視した場合に、(0001)面の結晶方位を示す結晶粒の総面積が70%以上のα−Al2O3層を含む被膜を有する表面被覆切削工具を開示している。Conventionally, a cutting tool in which a coating is coated on a base material has been used. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-284003 (Patent Document 1) discloses that when viewed in plan from the normal direction of the surface of a layer, the total area of crystal grains indicating the crystal orientation of the (0001) plane is 70% or more. It discloses a surface-coated cutting tool having a coating comprising -al 2 O 3 layer.
また、特開2009−028894号公報(特許文献2)は、超硬合金体とコーティングとを有する被覆切削工具であって、コーティングは、少なくとも最も上の層が7〜12μmの厚さの(006)方向に配向されたα−Al2O3層であり、その配向係数TC(006)は2より大きくて、かつ6未満であり、同時に配向係数TC(012)、TC(110)、TC(113)、TC(202)、TC(024)及びTC(116)がすべて1未満であり、配向係数TC(104)が二番目に大きい配向係数である、被覆切削工具を開示している。Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-028894 (Patent Document 2) discloses a coated cutting tool having a cemented carbide body and a coating, wherein at least the uppermost layer has a thickness of 7 to 12 μm (006). ) -Oriented α-Al 2 O 3 layer whose orientation coefficient TC (006) is greater than 2 and less than 6, and at the same time, the orientation coefficients TC (012), TC (110), TC ( 113), TC (202), TC (024) and TC (116) are all less than 1 and the orientation coefficient TC (104) is the second largest orientation coefficient disclosed.
本開示に係る切削工具は、
すくい面を有する基材と上記すくい面を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられたα−Al2O3層を含み、
上記α−Al2O3層は、α−Al2O3の結晶粒を含み、
上記α−Al2O3層は、上記すくい面において、(001)配向した上記結晶粒の面積比率が50%以上90%以下であり、
X線を用いた2θ−sin2ψ法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力AAは、−1000MPa以上0MPa未満であり、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力BAは、−1000MPa以上0MPa未満であり、
|AA|≦|BA|の関係式を満たす。Cutting tool according to the present disclosure,
A cutting tool comprising a substrate having a rake face and a coating covering the rake face,
The coating includes an α-Al 2 O 3 layer provided on the substrate,
The α-Al 2 O 3 layer includes α-Al 2 O 3 crystal grains,
The α-Al 2 O 3 layer has an area ratio of the (001) -oriented crystal grains in the rake face of 50% or more and 90% or less,
In the measurement of residual stress by 2θ-sin 2 ψ method using X-ray,
The residual stress A A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (001) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake plane is −1000 MPa or more and less than 0 MPa,
The residual stress B A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (110) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake face is −1000 MPa or more and less than 0 MPa,
| A A | ≦ | B A |
[本開示が解決しようとする課題]
特許文献1及び特許文献2では、上記のような構成のα−Al2O3層を含む被膜を有することにより、表面被覆切削工具の耐摩耗性(例えば、耐クレータ摩耗性等)、耐欠損性といった機械特性が向上し、以って切削工具の寿命が長くなることが期待されている。[Problems to be solved by the present disclosure]
In
しかしながら、近年の切削加工においては、高速化及び高能率化が進行し、切削工具にかかる負荷が増大し、切削工具の寿命が短期化する傾向があった。このため、切削工具の被膜の機械特性を更に向上させることが求められている。 However, in recent cutting processes, speeding and efficiency have been increased, the load on the cutting tool has increased, and the life of the cutting tool has tended to be shortened. Therefore, there is a demand for further improving the mechanical properties of the coating film of the cutting tool.
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐欠損性及び耐クレータ摩耗性に優れる切削工具を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present disclosure to provide a cutting tool having excellent fracture resistance and crater wear resistance.
[本開示の効果]
本開示によれば、耐欠損性及び耐クレータ摩耗性に優れる切削工具を提供することが可能になる。[Effects of the present disclosure]
According to the present disclosure, it is possible to provide a cutting tool having excellent fracture resistance and crater wear resistance.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。[Description of Embodiment of the Present Disclosure]
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.
[1]本開示に係る切削工具は、
すくい面を有する基材と上記すくい面を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられたα−Al2O3層を含み、
上記α−Al2O3層は、α−Al2O3の結晶粒を含み、
上記α−Al2O3層は、上記すくい面において、(001)配向した上記結晶粒の面積比率が50%以上90%以下であり、
X線を用いた2θ−sin2ψ法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力AAは、−1000MPa以上0MPa未満であり、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力BAは、−1000MPa以上0MPa未満であり、
|AA|≦|BA|の関係式を満たす。[1] The cutting tool according to the present disclosure includes:
A cutting tool comprising a substrate having a rake face and a coating covering the rake face,
The coating includes an α-Al 2 O 3 layer provided on the substrate,
The α-Al 2 O 3 layer includes α-Al 2 O 3 crystal grains,
The α-Al 2 O 3 layer has an area ratio of the (001) -oriented crystal grains in the rake face of 50% or more and 90% or less,
In the measurement of residual stress by 2θ-sin 2 ψ method using X-ray,
The residual stress A A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (001) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake plane is −1000 MPa or more and less than 0 MPa,
The residual stress B A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (110) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake face is −1000 MPa or more and less than 0 MPa,
| A A | ≦ | B A |
上記切削工具は、上述のような構成を備えることによって、優れた耐欠損性及び優れた耐クレータ摩耗性を有することが可能になる。ここで、「耐欠損性」とは、基材からの、被膜の破壊又は脱落を抑制する性質を意味する。 By providing the above-described configuration, the cutting tool can have excellent fracture resistance and excellent crater wear resistance. Here, the “breakage resistance” means a property of suppressing destruction or falling off of a coating film from a substrate.
[2]上記α−Al2O3層の厚さが1μm以上20μm以下であり、
上記α−Al2O3層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Al2O3層の厚さの10%の距離d10に位置する仮想平面D1と、
上記α−Al2O3層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Al2O3層の厚さの40%の距離d40に位置する仮想平面D2と、
に挟まれた領域r1における、X線を用いた侵入深さ一定法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Aは、−800MPa以上600MPa以下であり、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Bは、−1300MPa以上400MPa以下であり、
A>Bの関係式を満たす。このように規定することで、耐欠損性が更に優れる切削工具を提供することが可能になる。[2] The thickness of the α-Al 2 O 3 layer is 1 μm or more and 20 μm or less,
From the opposite side of the surface and the substrate in the α-Al 2 O 3 layer, a virtual plane located 10% of the distance d 10 of the thickness of the α-Al 2 O 3 layer toward the base material side D1,
An imaginary plane located at a distance d 40 of 40% of the thickness of the α-Al 2 O 3 layer from the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the base material toward the base material side D2,
In the residual stress measurement by the constant penetration depth method using X-rays in the region r1 sandwiched between
The residual stress A obtained based on the crystal plane spacing of the (001) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake plane is −800 MPa or more and 600 MPa or less,
The residual stress B obtained based on the crystal plane spacing of the (110) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake face is −1300 MPa or more and 400 MPa or less,
The relational expression of A> B is satisfied. By defining in this way, it becomes possible to provide a cutting tool having even more excellent fracture resistance.
[3]上記残留応力Aの応力分布は、
上記α−Al2O3層の上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Aが連続的に減少する第1a領域と、
上記第1a領域よりも上記基材側に位置し、かつ上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Aが連続的に増加する第2a領域と、を有し、
上記第1a領域と上記第2a領域とは、上記残留応力Aの極小点を介して連続する。このように規定することで、耐クレータ摩耗性が更に優れる切削工具を提供することが可能になる。[3] The stress distribution of the residual stress A is:
From the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the base material toward the base material side, a 1a region where the residual stress A continuously decreases,
A second a region in which the residual stress A continuously increases from the surface opposite to the substrate and from the surface opposite to the substrate toward the substrate. And
The first a region and the second a region are continuous via the minimum point of the residual stress A. By defining in this way, it is possible to provide a cutting tool having even more excellent crater wear resistance.
[4]上記残留応力Bの応力分布は、
上記α−Al2O3層の上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Bが連続的に減少する第1b領域と、
上記第1b領域よりも上記基材側に位置し、かつ上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Bが連続的に増加する第2b領域と、を有し、
上記第1b領域と上記第2b領域とは、上記残留応力Bの極小点を介して連続する。このように規定することで、耐クレータ摩耗性が更に優れる切削工具を提供することが可能になる。[4] The stress distribution of the residual stress B is:
A 1b region in which the residual stress B continuously decreases from the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the substrate toward the substrate;
A second b region in which the residual stress B continuously increases from the surface opposite to the substrate and toward the substrate from a surface opposite to the substrate. And
The 1b region and the 2b region are continuous via the minimum point of the residual stress B. By defining in this way, it is possible to provide a cutting tool having even more excellent crater wear resistance.
[5]上記被膜は、上記基材と上記α−Al2O3層との間に設けられた1層以上の中間層を更に含み、
上記中間層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、B及びOからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物を含む。このように規定することで、耐欠損性及び耐クレータ摩耗性が更に優れた切削工具を提供することが可能になる。[5] The coating further includes one or more intermediate layers provided between the substrate and the α-Al 2 O 3 layer,
The intermediate layer includes at least one element selected from the group consisting of a group 4 element, a group 5 element, a group 6 element, Al and Si, and at least one element selected from the group consisting of C, N, B and O. Includes compounds consisting of species elements. By defining in this way, it becomes possible to provide a cutting tool having more excellent fracture resistance and crater wear resistance.
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態(以下「本実施形態」と記す。)について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「X〜Y」という形式の表記は、範囲の上限下限(すなわちX以上Y以下)を意味し、Xにおいて単位の記載がなく、Yにおいてのみ単位が記載されている場合、Xの単位とYの単位とは同じである。さらに、本明細書において、例えば「TiC」等のように、構成元素の組成比が限定されていない化学式によって化合物が表された場合には、その化学式は従来公知のあらゆる組成比(元素比)を含むものとする。このとき上記化学式は、化学量論組成のみならず、非化学量論組成も含むものとする。例えば「TiC」の化学式には、化学量論組成「Ti1C1」のみならず、例えば「Ti1C0.8」のような非化学量論組成も含まれる。このことは、「TiC」以外の化合物の記載についても同様である。[Details of Embodiment of the Present Disclosure]
Hereinafter, an embodiment of the present disclosure (hereinafter, referred to as “the present embodiment”) will be described. However, the present embodiment is not limited to this. In the present specification, the notation of the form “X to Y” means the upper and lower limits of the range (that is, X or more and Y or less). When a unit is not described in X and a unit is described only in Y, X And the unit of Y are the same. Further, in the present specification, when a compound is represented by a chemical formula in which the composition ratio of the constituent elements is not limited, such as “TiC”, the chemical formula is represented by any conventionally known composition ratio (element ratio) Shall be included. At this time, the above chemical formula includes not only the stoichiometric composition but also the non-stoichiometric composition. For example, the chemical formula of “TiC” includes not only the stoichiometric composition “Ti 1 C 1 ” but also a non-stoichiometric composition such as “Ti 1 C 0.8 ”. The same applies to the description of compounds other than “TiC”.
≪切削工具≫
本開示に係る切削工具は、
すくい面を有する基材と上記すくい面を被覆する被膜とを備える切削工具であって、
上記被膜は、上記基材上に設けられたα−Al2O3層を含み、
上記α−Al2O3層は、α−Al2O3の結晶粒を含み、
上記α−Al2O3層は、上記すくい面において、(001)配向した上記結晶粒の面積比率が50%以上90%以下であり、
X線を用いた2θ−sin2ψ法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力AAは、−1000MPa以上0MPa未満であり、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力BAは、−1000MPa以上0MPa未満であり、
|AA|≦|BA|の関係式を満たす。≪Cutting tool≫
Cutting tool according to the present disclosure,
A cutting tool comprising a substrate having a rake face and a coating covering the rake face,
The coating includes an α-Al 2 O 3 layer provided on the substrate,
The α-Al 2 O 3 layer includes α-Al 2 O 3 crystal grains,
The α-Al 2 O 3 layer has an area ratio of the (001) -oriented crystal grains in the rake face of 50% or more and 90% or less,
In the measurement of residual stress by 2θ-sin 2 ψ method using X-ray,
The residual stress A A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (001) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake plane is −1000 MPa or more and less than 0 MPa,
The residual stress B A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (110) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake face is −1000 MPa or more and less than 0 MPa,
| A A | ≦ | B A |
本実施形態の表面被覆切削工具(以下、単に「切削工具」という場合がある。)は、すくい面を有する基材と、上記すくい面を被覆する被膜とを備える。本実施形態の他の側面において、上記被膜は、上記基材における上記すくい面以外の部分(例えば、逃げ面)を被覆していてもよい。上記切削工具は、例えば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等であり得る。 The surface-coated cutting tool of the present embodiment (hereinafter, may be simply referred to as “cutting tool”) includes a base material having a rake face, and a coating covering the rake face. In another aspect of the present embodiment, the coating may cover a portion (for example, a flank) of the base material other than the rake face. The cutting tools include, for example, drills, end mills, replaceable cutting tips for drills, replaceable cutting tips for end mills, replaceable cutting tips for milling, replaceable cutting tips for turning, metal saws, and gear cutting tools. , Reamer, tap, etc.
<基材>
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、上記基材は、超硬合金(例えば、炭化タングステン(WC)基超硬合金、WCの他にCoを含む超硬合金、WCの他にCr、Ti、Ta、Nb等の炭窒化物を添加した超硬合金等)、サーメット(TiC、TiN、TiCN等を主成分とするもの)、高速度鋼、セラミックス(炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等)、立方晶型窒化硼素焼結体(cBN焼結体)及びダイヤモンド焼結体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましい。上記基材は、超硬合金、サーメット及びcBN焼結体からなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことがより好ましい。<Substrate>
As the substrate of the present embodiment, any conventionally known substrate of this type can be used. For example, the base material is made of a cemented carbide (for example, a tungsten carbide (WC) based cemented carbide, a cemented carbide containing Co in addition to WC, a carbonitride such as Cr, Ti, Ta, Nb in addition to WC) ), Cermet (mainly composed of TiC, TiN, TiCN, etc.), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic It is preferable to include at least one selected from the group consisting of a sintered boron nitride body (cBN sintered body) and a diamond sintered body. More preferably, the base material includes at least one selected from the group consisting of a cemented carbide, a cermet, and a cBN sintered body.
これらの各種基材の中でも、特にWC基超硬合金又はcBN焼結体を選択することが好ましい。その理由は、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、上記用途の切削工具の基材として優れた特性を有するためである。 Among these various substrates, it is particularly preferable to select a WC-based cemented carbide or a cBN sintered body. The reason for this is that these base materials have an excellent balance between hardness and strength, particularly at high temperatures, and have excellent properties as base materials for cutting tools for the above-mentioned applications.
基材として超硬合金を使用する場合、そのような超硬合金は、組織中に遊離炭素又はη相と呼ばれる異常相を含んでいても本実施形態の効果は示される。なお、本実施形態で用いる基材は、その表面が改質されたものであっても差し支えない。例えば、超硬合金の場合はその表面に脱β層が形成されていたり、cBN焼結体の場合には表面硬化層が形成されていてもよく、このように表面が改質されていても本実施形態の効果は示される。 When a cemented carbide is used as a base material, the effect of the present embodiment is exhibited even if such a cemented carbide contains free carbon or an abnormal phase called an η phase in its structure. The substrate used in the present embodiment may have a modified surface. For example, in the case of a cemented carbide, a β-removed layer may be formed on the surface thereof, or in the case of a cBN sintered body, a surface hardened layer may be formed. The effects of the present embodiment are shown.
図1は、切削工具の基材の一態様を例示する斜視図である。このような形状の基材は、例えば、旋削加工用刃先交換型切削チップの基材として用いられる。上記基材10は、すくい面1と、逃げ面2と、上記すくい面1と逃げ面2とが交差する刃先稜線部3とを有する。すなわち、すくい面1と逃げ面2とは、刃先稜線部3を挟んで繋がる面である。刃先稜線部3は、基材10の切刃先端部を構成する。このような基材10の形状は、上記切削工具の形状と把握することもできる。
FIG. 1 is a perspective view illustrating one embodiment of a base material of a cutting tool. The base material having such a shape is used, for example, as a base material of an exchangeable cutting edge for turning. The
上記切削工具が刃先交換型切削チップである場合、上記基材10は、チップブレーカーを有するものも、有さないものも含まれる。刃先稜線部3の形状は、シャープエッジ(すくい面と逃げ面とが交差する稜)、ホーニング(シャープエッジに対してアールを付与したもの)、ネガランド(面取りをしたもの)、ホーニングとネガランドを組み合わせたものの中で、いずれのものも含まれる。
When the cutting tool is a cutting edge-changeable cutting tip, the
以上、基材10の形状及び各部の名称を、図1を用いて説明したが、本実施形態に係る切削工具において、上記基材10に対応する形状及び各部の名称については、上記と同様の用語を用いることとする。すなわち、上記切削工具50は、すくい面1と、逃げ面2と、上記すくい面1及び上記逃げ面2を繋ぐ刃先稜線部3とを有する(図6参照)。
As described above, the shape of the
<被膜>
本実施形態に係る被膜40は、上記基材10上に設けられたα−Al2O3層20を含む(図6参照)。「被膜」は、上記すくい面の少なくとも一部(例えば、切削加工時に被削材と接する部分)を被覆することで、切削工具における耐欠損性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。上記被膜は、上記すくい面の一部に限らず上記すくい面の全面を被覆することが好ましい。また、上記被膜は、上記基材の全面を被覆していてもよい。しかしながら、上記すくい面の一部が上記被膜で被覆されていなかったり被膜の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。<Coating>
The
上記被膜の厚さは、3μm以上50μm以下であることが好ましく、5μm以上25μm以下であることがより好ましい。ここで、被膜の厚さとは、被膜を構成する層それぞれの厚さの総和を意味する。「被膜を構成する層」としては、例えば、後述するα−Al2O3層、中間層、下地層及び最外層等が挙げられる。上記被膜の厚さは、例えば、走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いて、基材の表面の法線方向に平行な断面サンプルにおける任意の10点を測定し、測定された10点の厚さの平均値をとることで求めることが可能である。後述するα−Al2O3層、中間層、下地層、最外層等のそれぞれの厚さを測定する場合も同様である。走査透過型電子顕微鏡としては、例えば、日本電子株式会社製のJEM−2100F(商品名)が挙げられる。The thickness of the coating is preferably 3 μm or more and 50 μm or less, more preferably 5 μm or more and 25 μm or less. Here, the thickness of the coating means the total thickness of the layers constituting the coating. Examples of the “layer constituting the film” include an α-Al 2 O 3 layer, an intermediate layer, an underlayer, and an outermost layer, which will be described later. For example, the thickness of the coating is measured by using a scanning transmission electron microscope (STEM) at any 10 points in a cross-sectional sample parallel to the normal direction of the surface of the substrate, and measuring the thickness of the 10 points. It can be obtained by taking the average of the values. The same applies to the case where the thickness of each of the α-Al 2 O 3 layer, the intermediate layer, the underlayer, the outermost layer, and the like described later is measured. Examples of the scanning transmission electron microscope include JEM-2100F (trade name) manufactured by JEOL Ltd.
(α−Al2O3層)
本実施形態のα−Al2O3層は、α−Al2O3(結晶構造がα型である酸化アルミニウム)の結晶粒(以下、単に「結晶粒」という場合がある。)を含む。すなわち、上記α−Al2O3層は、多結晶のα−Al2O3を含む層である。(Α-Al 2 O 3 layer)
The α-Al 2 O 3 layer of the present embodiment includes crystal grains of α-Al 2 O 3 (aluminum oxide having an α-type crystal structure) (hereinafter sometimes simply referred to as “crystal grains”). That is, the α-Al 2 O 3 layer is a layer containing polycrystalline α-Al 2 O 3 .
上記α−Al2O3層は、本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、上記基材の直上に設けられていてもよいし、後述する中間層等の他の層を介して上記基材の上に設けられていてもよい。上記α−Al2O3層は、その上に最外層等の他の層が設けられていてもよい。また、上記α−Al2O3層は、上記被膜の最外層(最表面層)であってもよい。The α-Al 2 O 3 layer may be provided directly above the base material or another layer such as an intermediate layer described below, as long as the effect of the cutting tool according to the present embodiment is not impaired. It may be provided on the base material through the intermediary. The α-Al 2 O 3 layer may have another layer such as an outermost layer provided thereon. Further, the α-Al 2 O 3 layer may be the outermost layer (outermost layer) of the coating.
上記α−Al2O3層は、以下の特徴を有する。すなわち、上記α−Al2O3層は、上記すくい面において、(001)配向した上記結晶粒の面積比率が50%以上90%以下である。本実施形態の他の側面において、上記すくい面における(001)配向した結晶粒以外の結晶粒の面積比率が10%以上50%以下である。また、(001)配向した上記結晶粒の面積比率と(001)配向した結晶粒以外の結晶粒の面積比率との和は、100%である。The α-Al 2 O 3 layer has the following characteristics. That is, in the α-Al 2 O 3 layer, the area ratio of the (001) -oriented crystal grains in the rake face is 50% or more and 90% or less. In another aspect of the present embodiment, the area ratio of crystal grains other than the (001) -oriented crystal grains on the rake face is 10% or more and 50% or less. The sum of the area ratio of the (001) -oriented crystal grains and the area ratio of the crystal grains other than the (001) -oriented crystal grains is 100%.
本実施形態の別の他の側面において、上記α−Al2O3層は、上記すくい面において上記基材の表面と平行となる鏡面研磨された上記α−Al2O3層の加工面に対し、電解放出型走査電子顕微鏡を用いた後方散乱電子回折像解析から上記結晶粒のそれぞれの結晶方位を特定し、これに基づいてカラーマップを作成した場合に、上記カラーマップにおいて、(001)配向した上記結晶粒の面積比率が50%以上90%以下であってもよい。In another alternative aspect of this embodiment, the α-Al 2 O 3 layer, the processing surface of the mirror-polished the α-Al 2 O 3 layer is parallel to the surface of the substrate in the rake face On the other hand, when the crystal orientation of each of the crystal grains is specified from the backscattered electron diffraction image analysis using a field emission scanning electron microscope, and a color map is created based on the crystal orientation, (001) The area ratio of the oriented crystal grains may be 50% or more and 90% or less.
本実施形態の切削工具は、上記すくい面におけるα−Al2O3層で(001)配向したα−Al2O3の結晶粒の面積比率が50%以上90%以下となることにより、α−Al2O3層が特定の配向性((001)配向)を有して被膜の強度が向上する効果を十分に得ることができる。また、上記被膜が上記基材の全面を被覆している場合、本実施形態の切削工具は、上記基材のすくい面以外の面におけるα−Al2O3層で(001)配向した結晶粒の面積比率が50%以上90%以下であってもよく、50%以上90%以下から外れた値であってもよい。Cutting tool according to the present embodiment, by crystal grains of the area ratio of the α-Al 2 O 3 layer with (001) orientation was α-Al 2 O 3 in the rake face is 90% or less than 50%, alpha -al 2 O 3 layer a certain orientation ((001) orientation) can sufficiently obtain the effect of improving the strength of the coating have. Further, when the coating covers the entire surface of the substrate, the cutting tool of the present embodiment includes (001) -oriented crystal grains in the α-Al 2 O 3 layer on a surface other than the rake surface of the substrate. May be 50% or more and 90% or less, or may be a value out of 50% or more and 90% or less.
ここで、「(001)配向したα−Al2O3の結晶粒」又は「(001)配向した結晶粒」とは、基材表面(被膜に面している側の表面とする。)の法線に対し、(001)面の傾斜角(基材表面の法線と(001)面の法線とがなす角度)が0〜20°となるα−Al2O3の結晶粒をいう。α−Al2O3層において、任意のα−Al2O3の結晶粒が(001)配向しているか否かは、電子線後方散乱回折装置(EBSD装置)を備えた電界放出型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)を用いて確認することができる。電子線後方散乱回折像解析(EBSD像解析)とは、後方散乱電子によって発生する菊池回折パターンの自動分析に基づく解析方法である。ちなみに、「(001)配向したα−Al2O3の結晶粒以外の結晶粒」又は「(001)配向した結晶粒以外の結晶粒」とは、基材表面の法線に対し、(001)面の傾斜角が20°を超えるα−Al2O3の結晶粒を意味する。Here, “(001) -oriented α-Al 2 O 3 crystal grains” or “(001) -oriented crystal grains” refers to the surface of the base material (the surface facing the coating film). Α-Al 2 O 3 crystal grains in which the inclination angle of the (001) plane (the angle between the normal of the substrate surface and the normal of the (001) plane) is 0 to 20 ° with respect to the normal. . Whether or not arbitrary α-Al 2 O 3 crystal grains are (001) -oriented in the α-Al 2 O 3 layer is determined by a field emission scanning type equipped with an electron beam backscatter diffraction device (EBSD device). It can be confirmed using an electron microscope (FE-SEM). Electron beam backscatter diffraction image analysis (EBSD image analysis) is an analysis method based on automatic analysis of a Kikuchi diffraction pattern generated by backscattered electrons. Incidentally, “crystal grains other than (001) -oriented α-Al 2 O 3 crystal grains” or “crystal grains other than (001) -oriented crystal grains” are (001) with respect to the normal line of the substrate surface. ) Means α-Al 2 O 3 crystal grains whose plane inclination angle exceeds 20 °.
たとえば、EBSD装置を備えたFE−SEMを用い、上記すくい面において上記基材の表面と平行となる鏡面研磨された上記α−Al2O3層の加工面を撮影する。次に、撮影画像の各ピクセルの(001)面の法線方向と、基材表面の法線方向(すなわち加工面におけるα−Al2O3層の厚み方向に平行となる直線方向)とのなす角度を算出する。そして、その角度が0〜20°となるピクセルを選択する。この選択されたピクセルが、基材表面に対して(001)面の傾斜角が0〜20°となるα−Al2O3の結晶粒、すなわち「(001)配向したα−Al2O3の結晶粒」に対応する。For example, using a FE-SEM equipped with an EBSD device, an image of the mirror-polished α-Al 2 O 3 layer processed surface that is parallel to the surface of the base material on the rake face is taken. Next, the normal direction of the (001) plane of each pixel of the captured image and the normal direction of the substrate surface (that is, the linear direction parallel to the thickness direction of the α-Al 2 O 3 layer on the processed surface) Calculate the angle to make. Then, a pixel whose angle is 0 to 20 ° is selected. The selected pixel is composed of α-Al 2 O 3 crystal grains having a (001) plane inclination angle of 0 to 20 ° with respect to the substrate surface, that is, “(001) -oriented α-Al 2 O 3. Of crystal grains.
そして、α−Al2O3層の上記加工面の所定領域(すなわち、カラーマップ)における(001)配向したα−Al2O3の結晶粒の面積比率は、結晶方位マッピングとして、α−Al2O3層の上記加工面に対し、上記選択されたピクセルを色分けすることで作成されるカラーマップに基づいて算出される。結晶方位マッピングでは、上記選択されたピクセルに予め定められた色が付与されているため、所定領域における(001)配向したα−Al2O3の結晶粒の面積比率を、その付与された色を指標にして算出することができる。上記なす角度の算出、該角度が0〜20°であるピクセルの選択、及び上記面積比率の算出は、例えば、市販のソフトウェア(商品名:「Orientation Imaging Microscopy Ver 6.2」、EDAX社製)を用いて行なうことができる。Then, the area ratio of the (001) -oriented α-Al 2 O 3 crystal grains in a predetermined region (that is, a color map) of the processed surface of the α-Al 2 O 3 layer is represented by α-Al as a crystal orientation mapping. to the working surface of the 2 O 3 layer, it is calculated based on the color map created by color-coding the selected pixels. In the crystal orientation mapping, a predetermined color is assigned to the selected pixel. Therefore, the area ratio of the (001) -oriented α-Al 2 O 3 crystal grains in a predetermined region is determined by the assigned color. Can be calculated using as an index. The calculation of the angle formed, the selection of the pixel having the angle of 0 to 20 °, and the calculation of the area ratio are performed, for example, using commercially available software (trade name: “Orientation Imaging Microscopy Ver 6.2”, manufactured by EDAX). Can be performed.
図2は、α−Al2O3層20の上記加工面に関するカラーマップの一例である。図2において、実線で囲まれかつ左斜線のハッチングで示される領域が(001)配向した結晶粒21であり、実線で囲まれかつ白色で示される各領域が、(001)配向した結晶粒以外の結晶粒22である。すなわち、図2に例示されるカラーマップでは、α−Al2O3層20の表面の法線方向に対する(001)面の法線方向の角度が0〜20°の結晶粒が左斜線のハッチングで示されている。また、α−Al2O3層20の表面の法線方向に対する(001)面の法線方向の角度が20°超の結晶粒が白色で示されている。FIG. 2 is an example of a color map relating to the processed surface of the α-Al 2 O 3 layer 20. In FIG. 2, a region surrounded by a solid line and indicated by hatching with left diagonal lines is a (001) -oriented
上記結晶方位マッピング(カラーマップ)から、本実施形態においてα−Al2O3層は、その加工面において、(001)配向したα−Al2O3の結晶粒の面積比率が50%以上90%以下である部分を含むことが特定される。上記(001)配向したα−Al2O3の結晶粒の面積比率は、50%以上90%以下であることが好ましく、55%以上85%以下であることがより好ましい。From the above crystal orientation mapping (color map), in the present embodiment, the α-Al 2 O 3 layer has an area ratio of (001) -oriented α-Al 2 O 3 crystal grains of 50% or more and 90% in the processed surface. % Or less. The area ratio of the (001) -oriented α-Al 2 O 3 crystal grains is preferably 50% or more and 90% or less, and more preferably 55% or more and 85% or less.
なお、(001)配向したα−Al2O3の結晶粒の面積比率を算出するにあたり、FE−SEMの観察倍率は5000倍とする。また観察面積は、450μm2(30μm×15μm)とする。測定視野数は、3以上とする。When calculating the area ratio of the (001) -oriented α-Al 2 O 3 crystal grains, the observation magnification of the FE-SEM is 5000 times. The observation area is 450 μm 2 (30 μm × 15 μm). The number of measurement visual fields is 3 or more.
上記α−Al2O3層の厚さが1μm以上20μm以下であることが好ましく、4μm以上15μm以下であることがより好ましい。The thickness of the α-Al 2 O 3 layer is preferably 1 μm or more and 20 μm or less, more preferably 4 μm or more and 15 μm or less.
(α−Al2O3層の残留応力)
(2θ−sin2ψ法による膜中残留応力)
本実施形態におけるα−Al2O3層は、X線を用いた2θ−sin2ψ法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力AAは、−1000MPa以上0MPa未満であり、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力BAは、−1000MPa以上0MPa未満であり、
|AA|≦|BA|(式1)の関係式を満たす。(Residual stress of α-Al 2 O 3 layer)
(Residual stress in film by 2θ-sin 2 ψ method)
The α-Al 2 O 3 layer according to the present embodiment has a residual stress measured by a 2θ-sin 2 ψ method using X-rays.
The residual stress A A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (001) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake plane is −1000 MPa or more and less than 0 MPa,
The residual stress B A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (110) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake face is −1000 MPa or more and less than 0 MPa,
| A A | ≦ | B A | (Equation 1) is satisfied.
ここで、「残留応力」とは、層内に存する内部応力(固有ひずみ)の一種である。上記残留応力としては、圧縮残留応力と引張残留応力とに大別される。圧縮残留応力は、「−」(マイナス)の数値(本明細書においてその単位は「MPa」で表す。)で表される残留応力をいう。例えば、「100MPaの圧縮残留応力」は、−100MPaの残留応力と把握することができる。このため、圧縮残留応力が大きいという概念は、上記数値の絶対値が大きくなることを示し、圧縮残留応力が小さいという概念は、上記数値の絶対値が小さくなることを示す。ちなみに引張残留応力は、「+」(プラス)の数値(本明細書においてその単位は「MPa」で表す。)で表される残留応力をいう。例えば、「100MPaの引張残留応力」は、100MPaの残留応力と把握することができる。このため、引張残留応力が大きいという概念は、上記数値が大きくなることを示し、引張残留応力が小さいという概念は、上記数値が小さくなることを示す。 Here, “residual stress” is a type of internal stress (intrinsic strain) existing in the layer. The residual stress is roughly classified into a compressive residual stress and a tensile residual stress. The compressive residual stress refers to a residual stress represented by a numerical value of “−” (minus) (in the present specification, the unit is represented by “MPa”). For example, “a compressive residual stress of 100 MPa” can be understood as a residual stress of −100 MPa. For this reason, the concept that the compressive residual stress is large indicates that the absolute value of the numerical value is large, and the concept that the compressive residual stress is small indicates that the absolute value of the numerical value is small. Incidentally, the tensile residual stress refers to a residual stress represented by a numerical value of “+” (plus) (the unit is represented by “MPa” in this specification). For example, “100 MPa tensile residual stress” can be grasped as 100 MPa residual stress. For this reason, the concept that the tensile residual stress is large indicates that the numerical value increases, and the concept that the tensile residual stress is small indicates that the numerical value decreases.
本実施形態において「すくい面における(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力AA」とは、上記すくい面における所定の測定視野全体を反映した残留応力であって、上記所定の測定視野全体における(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力を意味する。上記膜中残留応力AAは、X線を用いた2θ−sin2ψ法による残留応力測定によって求められる。具体的な方法としては、まず測定視野全体について2θ−sin2ψ法により、(001)面の結晶面間隔を測定する。ここで、測定時の回折角度は測定対象の結晶面に応じた回折角度を指定する。上述した測定視野とは「α−Al2O3層の表面における測定視野」を意味する。つぎに、測定された(001)面の結晶面間隔に基づいて上記測定視野全体の残留応力を算出する。このような測定を複数の測定視野において行い、それぞれの測定視野において求められた残留応力の平均値を「膜中残留応力AA」とする。
(001)配向した結晶粒の面積比率が50%以上であるとき、上記膜中残留応力AAは、(001)配向した結晶粒が有する残留応力の寄与が大きいと考えられる。このような事情から、上記膜中残留応力AAは(001)配向した結晶粒が有する残留応力と把握することもできると本発明者らは考えている。In the present embodiment, the “residual stress A A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (001) plane on the rake face” is a residual stress reflecting the entire predetermined measurement visual field on the rake face, It means the residual stress obtained based on the crystal plane interval of the (001) plane in the entire predetermined measurement visual field. The film residual stress A A is determined by the residual stress measurement by 2θ-sin 2 ψ method using an X-ray. As a specific method, first, the crystal plane interval of the (001) plane is measured by the 2θ-sin 2 ψ method over the entire measurement visual field. Here, the diffraction angle at the time of measurement specifies a diffraction angle corresponding to the crystal plane of the measurement object. The above-mentioned measurement visual field means “the measurement visual field on the surface of the α-Al 2 O 3 layer”. Next, the residual stress in the entire measurement visual field is calculated based on the measured crystal plane spacing of the (001) plane. Such measurement is performed in a plurality of measurement visual fields, and the average value of the residual stress obtained in each measurement visual field is defined as “residual stress in film A A ”.
(001) when oriented crystal grains of the area ratio is 50% or more, the film residual stress A A is considered to be large contribution of residual stress of the crystal grains oriented (001). Under such circumstances, the film residual stress A A believes the present inventors to be able also to grasp the residual stress of the crystal grains oriented (001).
本実施形態において、2θ−sin2ψ法による残留応力測定は以下の条件で行われる。
装置 :SmartLab(株式会社リガク製)
X線 :Cu/Kα/45kV/200mA
カウンタ:D/teX Ultra250(株式会社リガク製)
走査範囲:膜中残留応力AAの場合 89.9°〜91.4°(傾斜法)
膜中残留応力BAの場合 37.0°〜38.4°(傾斜法)In the present embodiment, the residual stress measurement by the 2θ-sin 2 ψ method is performed under the following conditions.
Apparatus: SmartLab (Rigaku Corporation)
X-ray: Cu / Kα / 45 kV / 200 mA
Counter: D / teX Ultra250 (manufactured by Rigaku Corporation)
Scanning range: For membrane residual stress A A 89.9 ° ~91.4 ° (gradient method)
In the case of residual stress B A in the film 37.0 ° to 38.4 ° (tilt method)
本実施形態において「すくい面における(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力BA」とは、上記すくい面における所定の測定視野全体を反映した残留応力であって、上記所定の測定視野全体における(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力を意味する。上記膜中残留応力BAは、X線を用いた2θ−sin2ψ法による残留応力測定によって求められる。具体的な方法としては、まず測定視野全体について2θ−sin2ψ法により、(110)面の結晶面間隔を測定する。ここで、上述した測定視野とは「α−Al2O3層の表面における測定視野」を意味する。つぎに、測定された(110)面の結晶面間隔に基づいて上記測定視野全体の残留応力を算出する。このような測定を複数の測定視野において行い、それぞれの測定視野において求められた残留応力の平均値を「膜中残留応力BA」とする。
上記膜中残留応力BAは、上記膜中残留応力AAと比較して高い圧縮残留応力値を示す傾向がある。このような事情から上記膜中残留応力BAは、上記膜中残留応力AAと比較して(001)配向した結晶粒以外の結晶粒が有する残留応力の寄与が大きいと本発明者らは考えている。In the present embodiment, the “residual stress B A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (110) plane in the rake face” is a residual stress that reflects the entire predetermined measurement visual field in the rake face, and It means the residual stress determined based on the crystal plane spacing of the (110) plane in the entire predetermined measurement visual field. The residual stress B A in the film is determined by measuring the residual stress by the 2θ-sin 2 ψ method using X-rays. As a specific method, first, the crystal plane spacing of the (110) plane is measured by the 2θ-sin 2 ψ method over the entire measurement visual field. Here, the above-mentioned measurement visual field means “the measurement visual field on the surface of the α-Al 2 O 3 layer”. Next, the residual stress in the entire measurement visual field is calculated based on the measured crystal plane spacing of the (110) plane. Such measurement is performed in a plurality of measurement visual fields, and the average value of the residual stress obtained in each measurement visual field is defined as “residual stress B A in the film”.
The residual stress B A in the film tends to show a higher compressive residual stress value than the residual stress A A in the film. Under such circumstances, the inventors of the present invention have concluded that the residual stress B A in the film has a larger contribution of the residual stress of crystal grains other than the (001) -oriented crystal grains as compared with the residual stress A A in the film. thinking.
(深さ方向におけるα−Al2O3層の残留応力)
(侵入深さ一定法による残留応力)
本実施形態では、上記α−Al2O3層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Al2O3層の厚さの10%の距離d10に位置する仮想平面D1と、
上記α−Al2O3層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Al2O3層の厚さの40%の距離d40に位置する仮想平面D2と、
に挟まれた領域r1における、X線を用いた侵入深さ一定法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Aは、−800MPa以上600MPa以下であり、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Bは、−1300MPa以上400MPa以下であり、
A>Bの関係式(式2)を満たすことが好ましい(例えば、図3)。
本実施形態の他の側面において、上記α−Al2O3層の厚さが1μm以上20μm以下であり、
上記α−Al2O3層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Al2O3層の厚さの10%の距離d10に位置する仮想平面D1と、
上記α−Al2O3層における上記基材とは反対側の表面から、上記基材側に向けて上記α−Al2O3層の厚さの40%の距離d40に位置する仮想平面D2と、
に挟まれた領域r1における、X線を用いた侵入深さ一定法による残留応力測定において、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Aは、−800MPa以上600MPa以下であり、
上記すくい面における上記α−Al2O3層の(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Bは、−1300MPa以上400MPa以下であり、
A>Bの関係式を満たすことが好ましい。(Residual stress of α-Al 2 O 3 layer in depth direction)
(Residual stress by the constant penetration depth method)
In this embodiment, a distance d 10 of 10% of the thickness of the α-Al 2 O 3 layer from the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the base material toward the base material side. A virtual plane D1 located at
An imaginary plane located at a distance d 40 of 40% of the thickness of the α-Al 2 O 3 layer from the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the base material toward the base material side D2,
In the residual stress measurement by the constant penetration depth method using X-rays in the region r1 sandwiched between
The residual stress A obtained based on the crystal plane spacing of the (001) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake plane is −800 MPa or more and 600 MPa or less,
The residual stress B obtained based on the crystal plane spacing of the (110) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake face is −1300 MPa or more and 400 MPa or less,
It is preferable to satisfy the relational expression of A> B (Expression 2) (for example, FIG. 3).
In another aspect of the present embodiment, the thickness of the α-Al 2 O 3 layer is 1 μm or more and 20 μm or less;
From the opposite side of the surface and the substrate in the α-Al 2 O 3 layer, a virtual plane located 10% of the distance d 10 of the thickness of the α-Al 2 O 3 layer toward the base material side D1,
An imaginary plane located at a distance d 40 of 40% of the thickness of the α-Al 2 O 3 layer from the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the base material toward the base material side D2,
In the residual stress measurement by the constant penetration depth method using X-rays in the region r1 sandwiched between
The residual stress A obtained based on the crystal plane spacing of the (001) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake plane is −800 MPa or more and 600 MPa or less,
The residual stress B obtained based on the crystal plane spacing of the (110) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake face is −1300 MPa or more and 400 MPa or less,
It is preferable to satisfy the relational expression of A> B.
本実施形態において「すくい面における(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力A」とは、上記すくい面の所定の深さ位置における残留応力であって、(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力を意味する。上記残留応力Aは、X線を用いた侵入深さ一定法によって求められる。具体的な方法としては、まず測定視野全体について侵入深さ一定法により、所定の深さ位置における(001)面の結晶面間隔を測定する。ここで、上述した測定視野とは「α−Al2O3層の表面に平行な仮想平面であって所定の深さ位置を通る仮想平面における測定視野」を意味する。つぎに、測定された(001)面の結晶面間隔に基づいて上記測定視野全体の残留応力を算出する。このような測定を複数の測定視野において行い、それぞれの測定視野において求められた残留応力の平均値を「残留応力A」とする。In the present embodiment, the “residual stress A obtained based on the crystal plane spacing of the (001) plane on the rake plane” is the residual stress at a predetermined depth position on the rake plane, and the crystal of the (001) plane It means the residual stress obtained based on the plane distance. The residual stress A is obtained by a constant penetration depth method using X-rays. As a specific method, first, the crystal plane interval of the (001) plane at a predetermined depth position is measured by the constant penetration depth method for the entire measurement visual field. Here, the above-mentioned measurement visual field means “a measurement visual field in a virtual plane parallel to the surface of the α-Al 2 O 3 layer and passing through a predetermined depth position”. Next, the residual stress in the entire measurement visual field is calculated based on the measured crystal plane spacing of the (001) plane. Such a measurement is performed in a plurality of measurement visual fields, and the average value of the residual stress obtained in each measurement visual field is defined as “residual stress A”.
本実施形態において、侵入深さ一定法による残留応力測定は以下の条件で行われる。
装置 :Spring−8 BL16XU
X線エネルギー:10keV(λ=0.124nm)
X線ビーム径 :0.4〜1.8mm(侵入深さにより変更)
使用回折面 :残留応力Aの場合_(001)面
残留応力Bの場合_(110)面In the present embodiment, the residual stress measurement by the constant penetration depth method is performed under the following conditions.
Apparatus: Spring-8 BL16XU
X-ray energy: 10 keV (λ = 0.124 nm)
X-ray beam diameter: 0.4 to 1.8 mm (changes depending on penetration depth)
Diffraction surface used: In the case of residual stress A_ (001) plane
In the case of residual stress B_ (110) plane
本実施形態において「すくい面における(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力B」とは、上記すくい面の所定の深さ位置における残留応力であって、(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力を意味する。上記残留応力Bは、X線を用いた侵入深さ一定法によって求められる。 In the present embodiment, the “residual stress B obtained based on the crystal plane spacing of the (110) plane on the rake face” is the residual stress at a predetermined depth position on the rake face, and It means the residual stress obtained based on the plane distance. The residual stress B is obtained by a constant penetration depth method using X-rays.
上記領域r1において、上記残留応力A及び上記残留応力Bがそれぞれ所定の数値範囲の残留応力であり、かつ上記式2の関係式を満たすか否かは、例えば、X線を用いた侵入深さ一定法によって上記α−Al2O3層の所定の距離d10の深さ位置及び所定の距離d40の深さ位置における上記残留応力A(それぞれ、Ad10、Ad40)及び上記残留応力B(それぞれ、Bd10、Bd40)を測定することで判断することが可能である。すなわち、(1)まず上記仮想平面D1上のある測定視野中の残留応力Ad10及び上記残留応力Bd10を、侵入深さ一定法で測定する。(2)つぎに当該仮想平面D1上のある測定視野と同じ領域であって、当該測定視野の真下に位置する仮想平面D2上の視野中の残留応力Ad40及び上記残留応力Bd40を、同じく侵入深さ一定法で測定する。(3)測定された残留応力Ad10及びAd40、並びに、上記残留応力Bd10及びBd40それぞれが上述した数値範囲にあり、かつAd10>Bd10及びAd40>Bd40である場合、「領域r1において、上記残留応力A及び上記残留応力Bが上述した数値範囲にあり、かつ上記式2の関係式を満たす」と判断する。In the region r1, it is determined whether the residual stress A and the residual stress B are each a residual stress within a predetermined numerical range and satisfy the relational expression of the
(α−Al2O3層の残留応力分布)
本実施形態に係るα−Al2O3層20において、上記残留応力Aの応力分布は、上記α−Al2O3層の上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Aが連続的に減少する第1a領域と、
上記第1a領域よりも上記基材側に位置し、かつ上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Aが連続的に増加する第2a領域と、を有し、
上記第1a領域と上記第2a領域とは、上記残留応力Aの極小点を介して連続することが好ましい。(Residual stress distribution of α-Al 2 O 3 layer)
In the α-Al 2 O 3 layer 20 according to the present embodiment, the stress distribution of the residual stress A is from the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the substrate toward the substrate. A 1a region in which the residual stress A continuously decreases;
A second a region in which the residual stress A continuously increases from the surface opposite to the substrate and from the surface opposite to the substrate toward the substrate. And
It is preferable that the first a region and the second a region are continuous via the minimum point of the residual stress A.
上記応力分布の一例を図4に示す。図4のグラフにおいて、縦軸は残留応力を示しており、横軸はα−Al2O3層20の厚み方向における位置を示している。縦軸に関し、その値が「−」の場合、α−Al2O3層20内に圧縮残留応力が存在することを意味し、その値が「+」の場合、α−Al2O3層20内に引張残留応力が存在することを意味し、その値が「0」の場合、α−Al2O3層20内に応力が存在しないことを意味する。FIG. 4 shows an example of the stress distribution. In the graph of FIG. 4, the vertical axis indicates the residual stress, and the horizontal axis indicates the position of the α-Al 2 O 3 layer 20 in the thickness direction. With respect to the vertical axis, when the value is “−”, it means that a compressive residual stress exists in the α-Al 2 O 3 layer 20, and when the value is “+”, the α-Al 2 O 3 layer 20 means that there is a tensile residual stress. If the value is “0”, it means that no stress exists in the α-Al 2 O 3 layer 20.
図4を参照し、α−Al2O3層20における厚み方向の残留応力Aの応力分布(図4の曲線a)は、例えば、上面側(表面側、又は基材とは反対側の表面側)から下面側(基材側)に向けて、残留応力の値が連続的に減少する第1a領域P1aと、第1a領域よりも下面側に位置し、かつ上面側から下面側に向けて、残留応力の値が連続的に大きくなる第2a領域P2aと、を有する。ここで、上記第2a領域には、圧縮残留応力から引張残留応力に転じる地点が存在する。上記第1a領域と上記第2a領域とは、残留応力の値が最も小さくなる極小点P3aを介して連続することが好ましい。この極小点P3aは、下面よりも、上面に近いところに位置するものである。Referring to FIG. 4, the stress distribution (curve a in FIG. 4) of the residual stress A in the thickness direction in the α-Al 2 O 3 layer 20 is, for example, the upper surface side (surface side or the surface opposite to the base material). Side) to the lower surface side (substrate side), a first a region P1a in which the value of the residual stress continuously decreases, and a lower surface side than the first a region, and from the upper surface side to the lower surface side. And a second a region P2a in which the value of the residual stress continuously increases. Here, there is a point in the 2a region where the residual stress changes from a compressive residual stress to a tensile residual stress. It is preferable that the first a region and the second a region are continuous via a minimum point P3a at which the value of the residual stress becomes minimum. The minimum point P3a is located closer to the upper surface than to the lower surface.
α−Al2O3層20が上述のような応力分布を有することにより、断続切削時において、α−Al2O3層20の耐クレータ摩耗性と耐欠損性とのバランスがより優れることとなる。これは、α−Al2O3層20の上面側からα−Al2O3層20に加えられる衝撃が、上面側から極小点P3aの間において十分に吸収されるとともに、極小点P3aよりも下面側においては高い密着性が発揮されるためである。Since the α-Al 2 O 3 layer 20 has the above-described stress distribution, the balance between the crater wear resistance and the fracture resistance of the α-Al 2 O 3 layer 20 during interrupted cutting is more excellent. Become. This impact applied from the upper surface of the α-Al 2 O 3
上記残留応力Aの応力分布において、残留応力の値は−1000MPa以上2000MPa以下であることが好ましい。言い換えると、上記残留応力Aの応力分布において、圧縮残留応力の絶対値は1000MPa以下(すなわち、−1000MPa以上0MPa未満)であり、引張残留応力の絶対値は2000MPa以下(すなわち、0MPa超2000MPa以下)であることが好ましい。この場合、耐クレータ摩耗性と耐欠損性との両特性が適切に発揮される傾向がある。 In the stress distribution of the residual stress A, the value of the residual stress is preferably in a range from −1000 MPa to 2000 MPa. In other words, in the stress distribution of the residual stress A, the absolute value of the compressive residual stress is 1000 MPa or less (that is, −1000 MPa or more and less than 0 MPa), and the absolute value of the tensile residual stress is 2000 MPa or less (that is, more than 0 MPa and 2000 MPa or less). It is preferred that In this case, both properties of crater wear resistance and fracture resistance tend to be appropriately exhibited.
また、上記極小点P3aは、基材とは反対側の表面(上面)からα−Al2O3層20の厚さの0.1〜40%の距離を有して位置することが好ましい。この場合、α−Al2O3層20の損傷形態が安定し、たとえば突発的な欠損を抑制することができ、もって工具の寿命のばらつきを低減することができる。たとえば、α−Al2O3層20の厚さが1〜20μmである場合、極小点P3aの位置は、基材とは反対側の表面から0.1〜8μmであることが好ましい。また極小点P3aにおける圧縮残留応力の絶対値は、好ましくは、100〜900MPaであり、より好ましくは200〜890MPaであり、さらに好ましくは350〜890MPaである。言い換えると、極小点P3aにおける残留応力の値は、好ましくは、−900〜−100MPaであり、より好ましくは−890〜−200MPaであり、さらに好ましくは−890〜−350MPaである。The minimum point P3a is preferably located at a distance of 0.1 to 40% of the thickness of the α-Al 2 O 3 layer 20 from the surface (upper surface) on the side opposite to the substrate. In this case, the damage form of the α-Al 2 O 3 layer 20 is stabilized, and for example, sudden loss can be suppressed, and thus, variation in tool life can be reduced. For example, when the thickness of the α-Al 2 O 3 layer 20 is 1 to 20 μm, the position of the minimum point P3a is preferably 0.1 to 8 μm from the surface on the opposite side to the substrate. The absolute value of the compressive residual stress at the minimum point P3a is preferably from 100 to 900 MPa, more preferably from 200 to 890 MPa, and further preferably from 350 to 890 MPa. In other words, the value of the residual stress at the minimum point P3a is preferably −900 to −100 MPa, more preferably −890 to −200 MPa, and still more preferably −890 to −350 MPa.
本実施形態において、上記残留応力Bの応力分布は、上記α−Al2O3層の上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Bが連続的に減少する第1b領域と、
上記第1b領域よりも上記基材側に位置し、かつ上記基材とは反対側の表面から上記基材側に向けて、上記残留応力Bが連続的に増加する第2b領域と、を有し、
上記第1b領域と上記第2b領域とは、上記残留応力Bの極小点を介して連続することが好ましい。In the present embodiment, the stress distribution of the residual stress B is such that the residual stress B continuously decreases from the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the substrate toward the substrate. A first b region,
A second b region in which the residual stress B continuously increases from the surface opposite to the substrate and toward the substrate from a surface opposite to the substrate. And
It is preferable that the first region b and the second region b are continuous via the minimum point of the residual stress B.
上記残留応力Bの応力分布において、残留応力の値は−1300MPa以上2000MPa以下であることが好ましい。言い換えると、上記残留応力Bの応力分布において、圧縮残留応力の絶対値は1300MPa以下(すなわち、−1300MPa以上0MPa未満)であり、引張残留応力の絶対値は2000MPa以下(すなわち、0MPa超2000MPa以下)であることが好ましい。この場合、耐クレータ摩耗性と耐欠損性との両特性が適切に発揮される傾向がある。 In the stress distribution of the residual stress B, the value of the residual stress is preferably in the range of −1300 MPa to 2000 MPa. In other words, in the stress distribution of the residual stress B, the absolute value of the compressive residual stress is 1300 MPa or less (that is, -1300 MPa or more and less than 0 MPa), and the absolute value of the tensile residual stress is 2000 MPa or less (that is, more than 0 MPa and 2000 MPa or less). It is preferred that In this case, both properties of crater wear resistance and fracture resistance tend to be appropriately exhibited.
また、上記極小点P3bは、基材とは反対側の表面(上面)からα−Al2O3層20の厚さの0.1〜40%の距離を有して位置することが好ましい。この場合、α−Al2O3層20の損傷形態が安定し、たとえば突発的な欠損を抑制することができ、もって工具の寿命のばらつきを低減することができる。たとえば、α−Al2O3層20の厚さが1〜20μmである場合、極小点P3bの位置は、基材とは反対側の表面から0.1〜8μmであることが好ましい。また極小点P3bにおける圧縮残留応力の絶対値は、好ましくは、150〜1250MPaであり、より好ましくは250〜1100MPaであり、さらに好ましくは400〜1000MPaである。言い換えると、極小点P3bにおける残留応力の値は、好ましくは、−1250〜−150MPaであり、より好ましくは−1100〜−250MPaであり、さらに好ましくは−1000〜−400MPaである。The minimum point P3b is preferably located at a distance of 0.1 to 40% of the thickness of the α-Al 2 O 3 layer 20 from the surface (upper surface) on the side opposite to the base. In this case, the damage form of the α-Al 2 O 3 layer 20 is stabilized, and for example, sudden loss can be suppressed, and thus, variation in tool life can be reduced. For example, when the thickness of the α-Al 2 O 3 layer 20 is 1 to 20 μm, the position of the minimum point P3b is preferably 0.1 to 8 μm from the surface on the side opposite to the base. Further, the absolute value of the compressive residual stress at the minimum point P3b is preferably from 150 to 1250 MPa, more preferably from 250 to 1100 MPa, and still more preferably from 400 to 1000 MPa. In other words, the value of the residual stress at the minimum point P3b is preferably -1250 to -150 MPa, more preferably -1100 to -250 MPa, and still more preferably -1000 to -400 MPa.
(α−Al2O3の結晶粒の平均粒径)
本実施形態において、上記α−Al2O3の結晶粒は、その平均粒径が0.1μm〜3μmであることが好ましく、0.2μm〜2μmであることがより好ましい。上記結晶粒の平均粒径は、例えば、上記カラーマップを用いて求めることが可能である。具体的には、まず、上記カラーマップにおいて、色彩が一致し(すなわち面方位が一致し)、かつ周囲が他の色彩(すなわち他の面方位)で囲まれている領域を、各結晶粒の個別の領域とみなす。次に、各結晶粒の外周における2点間の距離を測り、最も長い2点間の距離を各結晶粒の粒径とする。(Average particle size of α-Al 2 O 3 crystal grains)
In the present embodiment, the α-Al 2 O 3 crystal grains preferably have an average particle diameter of 0.1 μm to 3 μm, and more preferably 0.2 μm to 2 μm. The average grain size of the crystal grains can be determined, for example, using the color map. Specifically, first, in the above-described color map, a region in which colors match (that is, the plane orientations match) and the periphery of which is surrounded by another color (that is, another plane orientation) is defined as a region of each crystal grain. Regarded as a separate area. Next, the distance between two points on the outer periphery of each crystal grain is measured, and the distance between the two longest points is defined as the particle size of each crystal grain.
(中間層)
上記被膜は、上記基材と上記α−Al2O3層との間に設けられた1層以上の中間層を更に含むことが好ましい。上記中間層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、B及びOからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物を含むことが好ましい。周期表4族元素としては、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)等が挙げられる。周期表5族元素としては、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)等が挙げられる。周期表6族元素としては、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等が挙げられる。上記中間層は、Ti元素と、C、N、B及びOからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなるTi化合物を含むことがより好ましい。(Intermediate layer)
The coating preferably further includes one or more intermediate layers provided between the substrate and the α-Al 2 O 3 layer. The intermediate layer includes at least one element selected from the group consisting of a group 4 element, a group 5 element, a group 6 element, Al and Si, and at least one element selected from the group consisting of C, N, B and O. It is preferable to include a compound composed of the element of the species. Examples of Group 4 elements of the periodic table include titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and the like. Examples of group 5 elements of the periodic table include vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), and the like. Examples of Group 6 elements in the periodic table include chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W). More preferably, the intermediate layer contains a Ti compound comprising a Ti element and at least one element selected from the group consisting of C, N, B and O.
上記中間層に含まれる化合物としては、例えば、TiCNO、TiAlN、TiAlSiN、TiCrSiN、TiAlCrSiN、AlCrN、AlCrO、AlCrSiN、TiZrN、TiAlMoN、TiAlNbN、TiSiN、AlCrTaN、AlTiVN、TiB2、TiCrHfN、CrSiWN、TiAlCN、TiSiCN、AlZrON、AlCrCN、AlHfN、CrSiBON、TiAlWN、AlCrMoCN、TiAlBN、TiAlCrSiBCNO、ZrN及びZrCN等が挙げられる。Examples of the compound contained in the intermediate layer include TiCNO, TiAlN, TiAlSiN, TiCrSiN, TiAlCrSiN, AlCrN, AlCrO, AlCrSiN, TiZrN, TiAlMoN, TiAlNbN, TiSiN, AlCrTaN, AlTiVN, TiB 2 , TiCrHfN, AlSiN , AlZrON, AlCrCN, AlHfN, CrSiBON, TiAlWN, AlCrMoCN, TiAlBN, TiAlCrSiBCNO, ZrN and ZrCN.
上記中間層の厚さが0.1μm以上3μm以下であることが好ましく、0.5μm以上1.5μm以下であることがより好ましい。 The thickness of the intermediate layer is preferably from 0.1 μm to 3 μm, more preferably from 0.5 μm to 1.5 μm.
(他の層)
本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、上記被膜は、他の層を更に含んでいてもよい。上記他の層は、上記α−Al2O3層又は上記中間層とは組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。他の層に含まれる化合物としては、例えば、TiN、TiCN、TiBN、Al2O3等を挙げることができる。なお、上記他の層は、その積層の順も特に限定されない。例えば、上記他の層としては、上記基材と上記α−Al2O3層との間に設けられている下地層、上記α−Al2O3層の上に設けられている最外層等が挙げられる。上記他の層の厚さは、本実施形態の効果を損なわない範囲において、特に制限はないが例えば、0.1μm以上20μm以下が挙げられる。(Other layers)
The coating may further include another layer as long as the effect of the cutting tool according to the present embodiment is not impaired. The composition of the other layer may be different or the same as that of the α-Al 2 O 3 layer or the intermediate layer. Examples of the compound contained in the other layer include TiN, TiCN, TiBN, Al 2 O 3, and the like. The order of the other layers is not particularly limited. For example, as the other layer, undercoat layer provided between the substrate and the α-Al 2 O 3 layer, the outermost layer or the like provided on the α-Al 2 O 3 layer Is mentioned. The thickness of the other layers is not particularly limited as long as the effects of the present embodiment are not impaired, and is, for example, 0.1 μm or more and 20 μm or less.
≪切削工具の製造方法≫
本実施形態に係る切削工具の製造方法は、
すくい面を有する上記基材を準備する工程(以下、「第1工程」という場合がある。)と、
化学気相蒸着法を用いて上記基材のすくい面上に上記α−Al2O3層を含む被膜を形成する工程(以下、「第2工程」という場合がある。)と、
上記すくい面における上記α−Al2O3層をブラスト処理する工程(以下、「第3工程」という場合がある。)と、
を含む。製造 Method of manufacturing cutting tools 工具
The manufacturing method of the cutting tool according to the present embodiment,
A step of preparing the base material having a rake face (hereinafter, may be referred to as a “first step”);
Forming a film including the α-Al 2 O 3 layer on the rake face of the base material using a chemical vapor deposition method (hereinafter, may be referred to as “second step”);
A step of blasting the α-Al 2 O 3 layer on the rake face (hereinafter, may be referred to as a “third step”);
including.
<第1工程:基材を準備する工程>
第1工程ではすくい面を有する基材を準備する。例えば、基材として超硬合金基材が準備される。超硬合金基材は、市販のものを用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってWC粉末とCo粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、WC−Co系超硬合金(焼結体)を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、WC−Co系超硬合金からなる基材を製造することができる。第1工程では、上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものであればいずれも準備可能である。<First step: Step of preparing base material>
In the first step, a base material having a rake face is prepared. For example, a cemented carbide substrate is prepared as a substrate. The cemented carbide substrate may be a commercially available one, or may be manufactured by a general powder metallurgy method. When manufacturing by a general powder metallurgy method, for example, a WC powder and a Co powder are mixed by a ball mill or the like to obtain a mixed powder. After the mixed powder is dried, it is molded into a predetermined shape to obtain a molded body. Further, by sintering the compact, a WC-Co-based cemented carbide (sintered body) is obtained. Next, a base material made of a WC-Co-based cemented carbide can be manufactured by subjecting the sintered body to a predetermined cutting edge such as honing. In the first step, any substrate other than those described above can be prepared as long as it is a conventionally known substrate of this type.
<第2工程:被膜を形成する工程>
第2工程では、化学気相蒸着法(CVD法)を用いて上記基材のすくい面上に上記α−Al2O3層を含む被膜が形成される。<Second step: Step of forming a coating>
In the second step, a film including the α-Al 2 O 3 layer is formed on the rake face of the substrate by using a chemical vapor deposition method (CVD method).
図5は、被膜の製造に用いられる化学気相蒸着装置(CVD装置)の一例を示す模式断面図である。以下図5を用いて第2工程について説明する。CVD装置30は、基材10を保持するための基材セット治具31の複数と、基材セット治具31を覆う耐熱合金鋼製の反応容器32とを備えている。また、反応容器32の周囲には、反応容器32内の温度を制御するための調温装置33が設けられている。反応容器32にはガス導入口34を有するガス導入管35が設けられている。ガス導入管35は、基材セット治具31が配置される反応容器32の内部空間において、鉛直方向に延在し当該鉛直方向を軸に回転可能に配置されており、またガスを反応容器32内に噴出するための複数の噴出孔36が設けられている。このCVD装置30を用いて、次のようにして上記被膜を構成するα−Al2O3層を含む各層を形成することができる。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of a chemical vapor deposition apparatus (CVD apparatus) used for manufacturing a coating. Hereinafter, the second step will be described with reference to FIG. The
まず、基材10を基材セット治具31に配置し、反応容器32内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、α−Al2O3層20用の原料ガスをガス導入管35から反応容器32内に導入させる。これにより、基材10の上記すくい面上にα−Al2O3層20が形成される。ここで、α−Al2O3層20を形成する前に、中間層用の原料ガスをガス導入管35から反応容器32内に導入させることにより、基材10の表面に中間層を形成することが好ましい。以下、基材10の表面に中間層を形成した後に、上記α−Al2O3層20を形成する方法について説明する。First, the
上記中間層用の原料ガスとしては、特に制限はないが例えば、TiCl4及びN2の混合ガス、TiCl4、N2及びCH3CNの混合ガス、並びに、TiCl4、N2、CO及びCH4の混合ガスが挙げられる。The raw material gas for the intermediate layer is not particularly limited. For example, a mixed gas of TiCl 4 and N 2, a mixed gas of TiCl 4 , N 2 and CH 3 CN, and a mixed gas of TiCl 4 , N 2 , CO and CH 4 mixed gas.
上記中間層を形成する際の反応容器32内の温度は、1000〜1100℃に制御されることが好ましく、反応容器32内の圧力は0.1〜1013hPaに制御されることが好ましい。また、上記の原料ガスとともにHClガスを導入してもよい。HClガスの導入により、各層の厚みの均一性を向上させることができる。なお、キャリアガスとしては、H2を用いることが好ましい。また、ガス導入時、不図示の駆動部によりガス導入管35を回転させることが好ましい。これにより、反応容器32内において各ガスを均一に分散させることができる。The temperature in the
さらに、上記中間層を、MT(Medium Temperature)−CVD法で形成してもよい。MT−CVD法は、1000〜1100℃の温度で実施されるCVD法(以下、「HT−CVD法」ともいう。)とは異なり、反応容器32内の温度を850〜950℃といった比較的低い温度に維持して層を形成する方法である。MT−CVD法は、HT−CVD法と比して比較的低温で実施されるため、加熱による基材10へのダメージを低減することができる。特に、上記中間層がTiCN層である場合、当該中間層をMT−CVD法で形成することが好ましい。
Further, the intermediate layer may be formed by an MT (Medium Temperature) -CVD method. The MT-CVD method differs from the CVD method (hereinafter, also referred to as “HT-CVD method”) performed at a temperature of 1000 to 1100 ° C., in which the temperature in the
次に、上記中間層上にα−Al2O3層20を形成する。原料ガスとしては、AlCl3、N2、CO2及びH2Sの混合ガスを用いる。このとき、CO2とH2Sとの流量(L/min)に関し、CO2/H2S≧2を満たすような流量比とする。これにより、α−Al2O3層が形成される。なおCO2/H2Sの上限値は特に制限されないが、層の厚みの均一性の観点から、5以下が好ましい。また、本発明者らは、CO2及びH2Sの好ましい各流量は、0.4〜2.0L/min及び0.1〜0.8L/minであり、最も好ましくは1L/min及び0.5L/minであることを確認した。Next, the α-Al 2 O 3 layer 20 is formed on the intermediate layer. As a source gas, a mixed gas of AlCl 3 , N 2 , CO 2 and H 2 S is used. At this time, the flow rate (L / min) between CO 2 and H 2 S is set to a flow rate ratio that satisfies CO 2 / H 2 S ≧ 2. Thereby, an α-Al 2 O 3 layer is formed. The upper limit of CO 2 / H 2 S is not particularly limited, but is preferably 5 or less from the viewpoint of uniformity of the thickness of the layer. Further, the present inventors have found that the preferable flow rates of CO 2 and H 2 S are 0.4 to 2.0 L / min and 0.1 to 0.8 L / min, most preferably 1 L / min and 0 L / min. It was confirmed to be 0.5 L / min.
反応容器32内の温度は1000〜1100℃に制御されることが好ましく、反応容器32内の圧力は0.1〜100hPaに制御されることが好ましい。また、上記に列挙の原料ガスとともにHClガスを導入してもよく、キャリアガスとしてはH2を用いることができる。なお、ガス導入時、ガス導入管35を回転させることが好ましいことは、上記と同様である。The temperature in the
本開示の効果をより向上させる観点から、α−Al2O3層を形成する工程の終盤90分以上180分以下の時間(以下、「降温時間」という場合がある。)、好ましくは120分以上180分以下の時間、反応容器内の温度を0.3〜0.5℃/分の速度(以下、「降温速度」という場合がある。)で連続的に降下させることが好ましい。このことにより被膜中に発生する引張の残留応力が小さくなり、後のブラスト処理を行う工程でより効果的に圧縮応力を導入することが可能となる。From the viewpoint of further improving the effect of the present disclosure, a time of 90 minutes or more and 180 minutes or less at the end of the step of forming the α-Al 2 O 3 layer (hereinafter, may be referred to as “temperature decreasing time”), preferably 120 minutes. It is preferable that the temperature in the reaction vessel is continuously lowered at a rate of 0.3 to 0.5 ° C./min (hereinafter, sometimes referred to as “cooling rate”) for a time of 180 minutes or less. As a result, the tensile residual stress generated in the coating film is reduced, and it becomes possible to more effectively introduce a compressive stress in a subsequent blasting process.
なお、本実施形態に係る切削工具が奏する効果を損なわない範囲において、α−Al2O3層20上に最外層を形成してもよい。最外層を形成する方法としては、特に制限はなく、例えば、CVD法等によって形成する方法が挙げられる。Note that an outermost layer may be formed on the α-Al 2 O 3 layer 20 as long as the effect of the cutting tool according to the present embodiment is not impaired. The method of forming the outermost layer is not particularly limited, and examples thereof include a method of forming the outermost layer by a CVD method or the like.
上記製造方法に関し、CVD法の各条件を制御することによって、各層の態様が変化する。たとえば、反応容器32内に導入する原料ガスの組成によって、各層の組成が決定され、実施時間(成膜時間)により、各層の厚みが制御される。なかでも、α−Al2O3層20における粗粒の割合を低下させたり、(001)面配向性を高めるためには、原料ガスのうち、CO2ガスとH2Sガスとの流量比(CO2/H2S)の制御が重要である。In the above manufacturing method, the mode of each layer changes by controlling each condition of the CVD method. For example, the composition of each layer is determined by the composition of the raw material gas introduced into the
<第3工程:ブラスト処理する工程>
ブラスト処理する工程では、上記すくい面における上記α−Al2O3層をブラスト処理する。「ブラスト処理」とは、鋼鉄又は非鉄金属(例えば、セラミックス)等の多数の小さな球体(メディア)を高速で、すくい面等の表面に衝突させる(投射させる)ことで当該表面の配向性、圧縮応力等の諸性質を変化させる処理を意味する。本実施形態ではすくい面にブラスト処理を行うことによって、すくい面のα−Al2O3層において残留応力が付与され、膜中残留応力AAと膜中残留応力BAとの間に差が生まれる。その結果、当該α−Al2O3層の亀裂進展性が抑制され、耐欠損性に優れることになる。上記メディアの投射は、α−Al2O3層における膜中残留応力AA及び膜中残留応力BAが上記式1の関係式を満たすように付与されれば特に制限はなく、α−Al2O3層に対して直接行ってもよいし、α−Al2O3層上に設けられた他の層(例えば、最外層)に対して行ってもよい。上記メディアの投射は、少なくとも上記すくい面に対して行われていれば特に制限はなく、例えば、上記切削工具の全面にわたって上記メディアの投射が行われていてもよい。<Third step: Blasting step>
In the blasting step, the α-Al 2 O 3 layer on the rake face is blasted. "Blasting treatment" is a process in which a large number of small spheres (media) such as steel or non-ferrous metal (for example, ceramics) are made to collide (project) with a surface such as a rake face at a high speed, thereby causing the orientation and compression of the surface. It means a process that changes various properties such as stress. In the present embodiment, by performing blasting on the rake face, a residual stress is applied to the α-Al 2 O 3 layer on the rake face, and the difference between the residual stress A A in the film and the residual stress B A in the film is reduced. to be born. As a result, the crack growth of the α-Al 2 O 3 layer is suppressed, and the fracture resistance is excellent. There is no particular limitation on the projection of the medium as long as the residual stress A A in the film and the residual stress B A in the film in the α-Al 2 O 3 layer satisfy the relational expression of the
従来は、主に被膜における対象となる層に残留する引張応力を圧縮応力に変えるためにブラスト処理が実施されていた。しかし、(001)配向した結晶粒が有する膜中残留応力(膜中残留応力AA)と、(001)配向した結晶粒以外の結晶粒が有する膜中残留応力(膜中残留応力BA)とが上記式1の関係式を満たすためにブラスト処理を実施することはこれまで知られておらず、本発明者らが初めて見出した。
また、従来のブラスト処理では、投射圧が高く同時に被膜が研磨されていた。そのため、従来のブラスト処理を行うと、被膜の研磨に伴い対象となる層の破壊も起こる傾向があった。本実施形態では、第2工程において上記α−Al2O3層に発生する引張残留応力が、従来の製法で形成したα−Al2O3層の引張残留応力よりも小さい。そのため、α−Al2O3層の破壊が起こらずに、応力がα−Al2O3層に導入されやすく、結果として膜中残留応力AAと膜中残留応力BAとが上記式1の関係式を満たすことが可能になる。Conventionally, blasting has been performed mainly to convert tensile stress remaining in a target layer in the coating into compressive stress. However, the residual stress in the film of the (001) oriented crystal grains (residual stress in the film A A ) and the residual stress in the film of crystal grains other than the (001) oriented crystal grains (residual stress in the film B A ) It has not been known until now that the blast process is performed to satisfy the above
Further, in the conventional blasting, the coating pressure is high and the coating is polished at the same time. Therefore, when the conventional blast treatment is performed, there is a tendency that the target layer is destroyed with the polishing of the coating film. In the present embodiment, the tensile residual stress generated in the α-Al 2 O 3 layer in the second step is smaller than the tensile residual stress of the α-Al 2 O 3 layer formed by the conventional manufacturing method. Therefore, alpha-Al 2 without occur O 3 layer destruction of the stress is easily introduced into the alpha-Al 2 O 3 layer, resulting membrane residual stress A A and film residual stress B A and the
α−Al2O3層に対してブラスト処理を行うことで膜中残留応力AAと膜中残留応力BAとが上記式1の関係式を満たすメカニズムは明らかではないが、本発明者らは以下のように考えている。(001)配向した結晶粒は、同じ結晶方位を向いた結晶粒同士で互いに支持しあうため、外力からの変形に対して耐性を有すると考えられる。一方、(001)配向した結晶粒以外の結晶粒は、結晶方位がそろっていないため、外力からの変形に対する耐性が低減されると考えられる。このように、(001)配向した結晶粒と、それ以外の結晶粒とでは外力からの変形の起きやすさに相違があるため、ブラスト処理によって付与される残留応力に差が生まれ、結果として膜中残留応力AAと膜中残留応力BAとが上記式1の関係式を満たすと考えられる。The mechanism by which the residual stress A A in the film and the residual stress B A in the film satisfy the relational expression of the
上記メディアの材質は、例えば、鋼鉄、セラミックス、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等が挙げられる。 Examples of the material of the medium include steel, ceramics, aluminum oxide, and zirconium oxide.
上記メディアの平均粒径は、例えば、1〜300μmであることが好ましく、5〜200μmであることがより好ましい。 The average particle size of the media is, for example, preferably from 1 to 300 μm, and more preferably from 5 to 200 μm.
上記メディアは、市販品を使用してもよく、例えば、粒径90〜125μm(平均粒径100μm)のセラミックス砥粒(株式会社ニッチュー製、商品名WAF120)が挙げられる。 Commercial media may be used as the medium, and examples thereof include ceramic abrasive grains having a particle diameter of 90 to 125 μm (average particle diameter of 100 μm) (manufactured by NITSU CORPORATION, trade name: WAF120).
上記メディアを投射する投射部と上記すくい面等の表面との距離(以下、「投射距離」という場合がある。)は、80mm〜120mmであることが好ましく、80mm〜100mmであることがより好ましい。 The distance between the projection unit for projecting the medium and the surface such as the rake face (hereinafter sometimes referred to as “projection distance”) is preferably from 80 mm to 120 mm, and more preferably from 80 mm to 100 mm. .
投射する際に上記メディアに加わる圧力(以下、「投射圧」という場合がある。)は、0.05MPa〜0.5MPaであることが好ましく、0.05MPa〜0.3MPaであることがより好ましい。 The pressure applied to the medium during projection (hereinafter, sometimes referred to as “projection pressure”) is preferably 0.05 MPa to 0.5 MPa, more preferably 0.05 MPa to 0.3 MPa. .
ブラストの処理時間は、5秒〜60秒であることが好ましく、10秒〜30秒であることがより好ましい。 The blast processing time is preferably 5 seconds to 60 seconds, and more preferably 10 seconds to 30 seconds.
上述したブラスト処理の各条件は、上記被膜の構成に合わせて適宜調整することが可能である。 Each condition of the blast processing described above can be appropriately adjusted according to the configuration of the coating.
<その他の工程>
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、ブラスト処理の効果を損なわない範囲で追加工程を適宜行ってもよい。<Other steps>
In the manufacturing method according to the present embodiment, in addition to the above-described steps, additional steps may be appropriately performed as long as the effects of the blast treatment are not impaired.
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
≪切削工具の作製≫
<第1工程:基材を準備する工程>
基材として、TaC(2.0質量%)、NbC(1.0質量%)、Co(10.0質量%)及びWC(残部)からなる組成(ただし不可避不純物を含む。)の超硬合金製切削チップ(形状:CNMG120408N−UX、住友電工ハードメタル株式会社製、JIS B4120(2013))を準備した。≫Making cutting tools≫
<First step: Step of preparing base material>
As a base material, a cemented carbide of a composition (but including unavoidable impurities) composed of TaC (2.0% by mass), NbC (1.0% by mass), Co (10.0% by mass) and WC (remainder). A cutting tip (shape: CNMG120408N-UX, manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Corporation, JIS B4120 (2013)) was prepared.
<第2工程:被膜を形成する工程>
準備した基材に対し、CVD装置を用いて、中間層及びα−Al2O3層をこの順に形成させて、すくい面を含む基材の表面に被膜を形成した。また、一部の試料において、中間層を形成することなく、上記基材に直接α−Al2O3層を形成した(試料番号8及び13)。各層の形成条件を以下に示す。α−Al2O3層の形成では、終盤において表2に示される降温時間の間、表2に示される降温速度で温度を降下させた。表2中「−」で表されているものは、該当する処理を行わなかったことを意味する。なお、各ガス組成に続く括弧内の値は、各ガスの流量(L/min)を示す。また、α−Al2O3層の厚さ、並びに、中間層の厚さ及び組成を表1に示す。<Second step: Step of forming a coating>
On the prepared base material, an intermediate layer and an α-Al 2 O 3 layer were formed in this order using a CVD apparatus, and a coating was formed on the surface of the base material including the rake face. In some of the samples, the α-Al 2 O 3 layer was formed directly on the base material without forming the intermediate layer (sample numbers 8 and 13). The conditions for forming each layer are shown below. In the formation of the α-Al 2 O 3 layer, the temperature was lowered at the temperature decreasing rate shown in Table 2 during the temperature decreasing time shown in Table 2 at the end stage. In Table 2, "-" indicates that the corresponding process was not performed. The value in parentheses following each gas composition indicates the flow rate (L / min) of each gas. Table 1 shows the thickness of the α-Al 2 O 3 layer, and the thickness and composition of the intermediate layer.
(中間層)
原料ガス:TiCl4(0.002L/min)、CH4(2.0L/min)、CO(0.3L/min)、N2(6.5L/min)、HCl(1.8L/min)、H2(50L/min)
圧力 :160hPa
温度 :1000℃
成膜時間:45分(Intermediate layer)
Source gas: TiCl 4 (0.002 L / min), CH 4 (2.0 L / min), CO (0.3 L / min), N 2 (6.5 L / min), HCl (1.8 L / min) , H 2 (50 L / min)
Pressure: 160hPa
Temperature: 1000 ° C
Film formation time: 45 minutes
(α−Al2O3層)
原料ガス:AlCl3(2.4L/min)、CO2(1.0L/min)、H2S(1.5L/min)、H2(35L/min)
圧力 :70hPa
温度 :950〜1000℃
降温速度:表2に記載の通り
降温時間:表2に記載の通り
成膜時間:360分(Α-Al 2 O 3 layer)
Source gas: AlCl 3 (2.4 L / min), CO 2 (1.0 L / min), H 2 S (1.5 L / min), H 2 (35 L / min)
Pressure: 70hPa
Temperature: 950-1000 ° C
Temperature drop rate: As shown in Table 2, Temperature drop time: As shown in Table 2, Film formation time: 360 minutes
<第3工程:ブラスト処理する工程>
次に、上記被膜が形成された切削チップ(切削工具)に対し、以下の条件によって、すくい面を含む切削チップの表面にブラスト処理を行った。表2中「−」で表されているものは、該当する処理を行わなかったことを意味する。
(ブラスト条件)
砥粒濃度 :5〜20wt%
投射圧力 :表2に記載の通り
投射時間 :5〜15秒間<Third step: Blasting step>
Next, the cutting tip (cutting tool) on which the coating was formed was subjected to blasting on the surface of the cutting tip including the rake face under the following conditions. In Table 2, "-" indicates that the corresponding process was not performed.
(Blast condition)
Abrasive grain concentration: 5-20 wt%
Projection pressure: as described in Table 2 Projection time: 5 to 15 seconds
以上の手順によって、試料番号1〜8(実施例)及び試料番号11〜13(比較例)の切削工具を作製した。
By the above procedure, cutting tools of
≪切削工具の特性評価≫
上述のようにして作製した試料番号1〜8及び試料番号11〜13の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。特性 Evaluation of cutting tool characteristics≫
Using the cutting tools of Sample Nos. 1 to 8 and Sample Nos. 11 to 13 manufactured as described above, the characteristics of the cutting tools were evaluated as follows.
<カラーマップの作成>
被膜が設けられた切削工具のすくい面において上記基材の表面と平行となるように鏡面研磨を実施し、α−Al2O3層の加工面を作製した。作製された加工面をEBSDを備えたFE−SEMを用いて5000倍の倍率で観察することにより、30μm×15μmの加工面に関して上述のカラーマップを作成した。このとき作成したカラーマップの数(測定視野の数)は、3とした。そして、各カラーマップについて、市販のソフトウェア(商品名:「Orientation Imaging Microscopy Ver 6.2」、EDAX社製)を用いて、(001)配向したα−Al2O3の結晶粒、及び(001)配向したα−Al2O3の結晶粒以外の結晶粒それぞれの占める面積比率を求めた。その結果を表1に示す。また、表1から明らかなように、各カラーマップにおいて、カラーマップ全体の面積に対する、(001)配向したα−Al2O3の結晶粒の面積比率、及び(001)配向したα−Al2O3の結晶粒以外の結晶粒の面積比率の合計は100%であった。<Creating a color map>
Mirror polishing was performed on the rake face of the cutting tool provided with the coating so as to be parallel to the surface of the base material to produce a processed surface of an α-Al 2 O 3 layer. The above-mentioned color map was created for a processed surface of 30 μm × 15 μm by observing the manufactured processed surface at a magnification of 5000 times using an FE-SEM equipped with EBSD. The number of color maps (the number of measurement visual fields) created at this time was 3. Then, for each color map, using (001) oriented α-Al 2 O 3 crystal grains and (001) using commercially available software (trade name: “Orientation Imaging Microscopy Ver 6.2”, manufactured by EDAX) ) The area ratio occupied by each crystal grain other than the oriented α-Al 2 O 3 crystal grains was determined. Table 1 shows the results. As is clear from Table 1, in each color map, the area ratio of the (001) -oriented α-Al 2 O 3 crystal grains to the area of the entire color map, and the (001) -oriented α-Al 2 The total area ratio of the crystal grains other than the O 3 crystal grains was 100%.
<2θ−sin2ψ法による膜中残留応力の測定>
上述の2θ−sin2ψ法により、以下の条件でα−Al2O3層における膜中残留応力AA及び膜中残留応力BAを測定した。測定した膜中残留応力AA及び膜中残留応力BAを表4に示す。表4中、マイナスの数値で表される残留応力は圧縮残留応力を意味し、プラスの数値で表される残留応力は引張残留応力を意味する。
装置 :SmartLab(株式会社リガク製)
X線 :Cu/Kα/45kV/200mA
カウンタ:D/teX Ultra250(株式会社リガク製)
走査範囲:膜中残留応力AAの場合 89.9°〜91.4°(傾斜法)
膜中残留応力BAの場合 37.0°〜38.4°(傾斜法)<Measurement of residual stress in film by 2θ-sin 2 ψ method>
The residual stress A A in the film and the residual stress B A in the film in the α-Al 2 O 3 layer were measured by the above-mentioned 2θ-sin 2 ψ method under the following conditions. Table 4 shows the measured residual stress A A in the film and residual stress B A in the film. In Table 4, a residual stress represented by a negative value means a compressive residual stress, and a residual stress represented by a positive value means a tensile residual stress.
Apparatus: SmartLab (Rigaku Corporation)
X-ray: Cu / Kα / 45 kV / 200 mA
Counter: D / teX Ultra250 (manufactured by Rigaku Corporation)
Scanning range: For membrane residual stress A A 89.9 ° ~91.4 ° (gradient method)
In the case of residual stress B A in the film 37.0 ° to 38.4 ° (tilt method)
<侵入深さ一定法による残留応力の測定>
さらに、侵入深さ一定法によって、以下の条件でα−Al2O3層における所定の深さ位置での残留応力A及び残留応力Bを測定した。代表的な深さ位置における残留応力A(Ad10、Ad40)及び残留応力B(Bd10、Bd40)を表3に示す。各試料に第1a領域P1aおよび第2a領域P2a(第1b領域P1bおよび第2b領域P2b)が存在するか否かを確認した。また、第1b領域P1b及び第2b領域P2bが確認された試料については、極小点P3bが存在すると判断した(表3)。
装置 :Spring−8 BL16XU
X線エネルギー:10keV(λ=0.124nm)
X線ビーム径 :0.4〜1.8mm(侵入深さにより変更)
使用回折面 :残留応力Aの場合_(001)面
残留応力Bの場合_(110)面<Measurement of residual stress by constant penetration depth method>
Further, the residual stress A and the residual stress B at a predetermined depth position in the α-Al 2 O 3 layer were measured by the constant penetration depth method under the following conditions. Table 3 shows residual stresses A ( Ad10 , Ad40 ) and residual stresses B ( Bd10 , Bd40 ) at typical depth positions. It was confirmed whether or not each sample had the first-a region P1a and the second-a region P2a (the first-b region P1b and the second-b region P2b). In addition, it was determined that the minimum point P3b was present for the sample in which the first b region P1b and the second b region P2b were confirmed (Table 3).
Apparatus: Spring-8 BL16XU
X-ray energy: 10 keV (λ = 0.124 nm)
X-ray beam diameter: 0.4 to 1.8 mm (changes depending on penetration depth)
Diffraction surface used: In the case of residual stress A_ (001) plane
In the case of residual stress B_ (110) plane
≪切削試験≫
(断続加工試験)
上述のようにして作製した試料番号1〜8及び試料番号11〜13の切削工具を用いて、以下の切削条件により、切れ刃に欠損が発生するまでの切削時間を測定した。その結果を表4に示す。切削時間が長いほど耐欠損性に優れる切削工具として評価することができる。
断続加工の試験条件
被削材 :SCM415溝材
切削速度:150m/min
送り :0.2mm/rev
切込み :2mm
切削油 :湿式≪Cutting test≫
(Intermittent processing test)
Using the cutting tools of Sample Nos. 1 to 8 and Sample Nos. 11 to 13 prepared as described above, the cutting time until the chip was chipped was measured under the following cutting conditions. Table 4 shows the results. A longer cutting time can be evaluated as a cutting tool having more excellent fracture resistance.
Test conditions for interrupted machining Work material: SCM415 groove material Cutting speed: 150 m / min
Feed: 0.2mm / rev
Cut: 2mm
Cutting oil: Wet
(連続加工試験)
上述のようにして作製した試料番号1〜8及び試料番号11〜13の切削工具を用いて、以下の切削条件により、クレータ摩耗の深さが0.1mmになるまでの切削時間を測定した。その結果を表4に示す。切削時間が長いほど耐クレータ摩耗性に優れる切削工具として評価することができる。
連続加工の試験条件
被削材 :SCM435丸棒
切削速度:250m/min
送り :0.25mm/rev
切込み :2mm
切削油 :湿式(Continuous processing test)
Using the cutting tools of Sample Nos. 1 to 8 and Sample Nos. 11 to 13 produced as described above, the cutting time until the crater wear depth reached 0.1 mm was measured under the following cutting conditions. Table 4 shows the results. A longer cutting time can be evaluated as a cutting tool having excellent crater wear resistance.
Test conditions for continuous machining Work material: SCM435 round bar Cutting speed: 250 m / min
Feed: 0.25mm / rev
Cut: 2mm
Cutting oil: Wet
表4の結果から試料番号1〜8の切削工具(実施例)は、断続加工における切削時間が5分以上の良好な結果が得られた。一方試料番号11〜13の切削工具(比較例)は、断続加工における切削時間が5分未満であった。以上の結果から、実施例の切削工具(試料番号1〜8)は、耐欠損性に優れることが分かった。
From the results shown in Table 4, the cutting tools of Examples Nos. 1 to 8 (Examples) showed good results with a cutting time of 5 minutes or more in intermittent machining. On the other hand, the cutting tools of Sample Nos. 11 to 13 (Comparative Examples) had a cutting time of less than 5 minutes in intermittent machining. From the above results, it was found that the cutting tools of the examples (
表4の結果から、試料番号1〜8の切削工具(実施例)は、連続加工における切削時間が20分以上の良好な結果が得られた。一方試料番号11〜13の切削工具(比較例)は、連続加工における切削時間が20分未満であった。以上の結果から実施例の切削工具(試料番号1〜8)は、耐クレータ摩耗性に優れることが分かった。
From the results in Table 4, the cutting tools of Examples Nos. 1 to 8 (Examples) obtained good results in which the cutting time in continuous machining was 20 minutes or more. On the other hand, the cutting time of the cutting tools of Sample Nos. 11 to 13 (Comparative Example) was less than 20 minutes in continuous machining. From the above results, it was found that the cutting tools of the examples (
以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態及び各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。 As described above, the embodiments and examples of the present invention have been described. However, it is originally planned to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.
今回開示された実施の形態及び実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態及び実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed this time are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the embodiments and examples described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
(付記1)
上記切削工具の製造方法であって、
上記すくい面を有する上記基材を準備する第1工程と、
化学気相蒸着法を用いて上記基材のすくい面上に上記α−Al2O3層を含む被膜を形成する第2工程と、
上記すくい面における上記α−Al2O3層をブラスト処理する第3工程と、
を含む、切削工具の製造方法。
(付記2)
上記第2工程において、1000℃以上1100℃以下の温度及び0.1hPa以上100hPa以下の圧力で、上記α−Al2O3層を形成し、
上記α−Al2O3層を形成する際の終盤90分以上180分未満の時間において、上記温度を0.3℃/分以上0.5℃/分以下の速度で連続的に降下させることを含む、付記1に記載の切削工具の製造方法。The above description includes the features described below.
(Appendix 1)
The method for manufacturing a cutting tool,
A first step of preparing the base material having the rake face,
A second step of forming a film containing the α-Al 2 O 3 layer on the rake face of the substrate by using a chemical vapor deposition method,
A third step of blasting the α-Al 2 O 3 layer on the rake face;
And a method for manufacturing a cutting tool.
(Appendix 2)
In the second step, the α-Al 2 O 3 layer is formed at a temperature of 1000 ° C. to 1100 ° C. and a pressure of 0.1 hPa to 100 hPa,
The temperature is continuously lowered at a rate of 0.3 ° C./min to 0.5 ° C./min during a time period of 90 minutes to less than 180 minutes at the end of forming the α-Al 2 O 3 layer. The method for manufacturing a cutting tool according to
1 すくい面、 2 逃げ面、 3 刃先稜線部、 10 基材、 20 α−Al2O3層、 21 (001)配向した結晶粒、 22 (001)配向した結晶粒以外の結晶粒、 30 CVD装置、 31 基材セット治具、 32 反応容器、 33 調温装置、 34 ガス導入口、 35 ガス導入管、 36 貫通孔、40 被膜、 50 切削工具、 D1 仮想平面D1、 D2 仮想平面D2、 P1a 第1a領域、 P2a 第2a領域、 P3a 極小点、 P1b 第1b領域、 P2b 第2b領域、 P3b 極小点、 r1 領域r1。REFERENCE SIGNS
Claims (5)
前記被膜は、前記基材上に設けられたα−Al2O3層を含み、
前記α−Al2O3層は、α−Al2O3の結晶粒を含み、
前記α−Al2O3層は、前記すくい面において、(001)配向した前記結晶粒の面積比率が50%以上90%以下であり、
X線を用いた2θ−sin2ψ法による残留応力測定において、
前記すくい面における前記α−Al2O3層の(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力AAは、−1000MPa以上0MPa未満であり、
前記すくい面における前記α−Al2O3層の(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる膜中残留応力BAは、−1000MPa以上0MPa未満であり、
|AA|≦|BA|の関係式を満たす、切削工具。A cutting tool comprising a substrate having a rake face and a coating covering the rake face,
The coating includes an α-Al 2 O 3 layer provided on the substrate,
The α-Al 2 O 3 layer includes α-Al 2 O 3 crystal grains,
The α-Al 2 O 3 layer has an area ratio of the (001) -oriented crystal grains in the rake face of 50% or more and 90% or less,
In the measurement of residual stress by 2θ-sin 2 ψ method using X-ray,
The residual stress A A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (001) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake plane is −1000 MPa or more and less than 0 MPa,
The residual stress B A in the film determined based on the crystal plane spacing of the (110) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake face is −1000 MPa or more and less than 0 MPa,
A cutting tool that satisfies the relational expression | A A | ≦ | B A |.
前記α−Al2O3層における前記基材とは反対側の表面から、前記基材側に向けて前記α−Al2O3層の厚さの10%の距離d10に位置する仮想平面D1と、
前記α−Al2O3層における前記基材とは反対側の表面から、前記基材側に向けて前記α−Al2O3層の厚さの40%の距離d40に位置する仮想平面D2と、
に挟まれた領域r1における、X線を用いた侵入深さ一定法による残留応力測定において、
前記すくい面における前記α−Al2O3層の(001)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Aは、−800MPa以上600MPa以下であり、
前記すくい面における前記α−Al2O3層の(110)面の結晶面間隔に基づいて求められる残留応力Bは、−1300MPa以上400MPa以下であり、
A>Bの関係式を満たす、請求項1に記載の切削工具。The thickness of the α-Al 2 O 3 layer is 1 μm or more and 20 μm or less;
From the α-Al 2 O 3 on the opposite side to the substrate in layers surface, a virtual plane located at a distance d 10 of 10% of the thickness of the α-Al 2 O 3 layer toward the substrate side D1,
An imaginary plane located at a distance d 40 of 40% of the thickness of the α-Al 2 O 3 layer from the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the base material toward the base material side D2,
In the residual stress measurement by the constant penetration depth method using X-rays in the region r1 sandwiched between
Residual stress A determined based on the crystal plane spacing of the (001) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake plane is −800 MPa or more and 600 MPa or less,
The residual stress B determined based on the crystal plane spacing of the (110) plane of the α-Al 2 O 3 layer on the rake plane is −1300 MPa or more and 400 MPa or less,
The cutting tool according to claim 1, which satisfies a relational expression of A> B.
前記α−Al2O3層の前記基材とは反対側の表面から前記基材側に向けて、前記残留応力Aが連続的に減少する第1a領域と、
前記第1a領域よりも前記基材側に位置し、かつ前記基材とは反対側の表面から前記基材側に向けて、前記残留応力Aが連続的に増加する第2a領域と、を有し、
前記第1a領域と前記第2a領域とは、前記残留応力Aの極小点を介して連続する、請求項1又は請求項2に記載の切削工具。The stress distribution of the residual stress A is:
From the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the substrate toward the substrate, a 1a region in which the residual stress A continuously decreases,
A second a region in which the residual stress A continuously increases from the surface opposite to the substrate and from the surface opposite to the substrate toward the substrate. And
The cutting tool according to claim 1, wherein the first a region and the second a region are continuous via a minimum point of the residual stress A. 4.
前記α−Al2O3層の前記基材とは反対側の表面から前記基材側に向けて、前記残留応力Bが連続的に減少する第1b領域と、
前記第1b領域よりも前記基材側に位置し、かつ前記基材とは反対側の表面から前記基材側に向けて、前記残留応力Bが連続的に増加する第2b領域と、を有し、
前記第1b領域と前記第2b領域とは、前記残留応力Bの極小点を介して連続する、請求項2又は請求項3に記載の切削工具。The stress distribution of the residual stress B is:
A first b region in which the residual stress B continuously decreases from the surface of the α-Al 2 O 3 layer opposite to the base toward the base;
A second b region in which the residual stress B continuously increases from a surface opposite to the substrate and from the surface opposite to the substrate toward the substrate. And
The cutting tool according to claim 2 or 3, wherein the first region (b) and the second region (b) are continuous via a minimum point of the residual stress B.
前記中間層は、周期表4族元素、5族元素、6族元素、Al及びSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、B及びOからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物を含む、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の切削工具。The coating further includes one or more intermediate layers provided between the substrate and the α-Al 2 O 3 layer,
The intermediate layer includes at least one element selected from the group consisting of a group 4 element, a group 5 element, a group 6 element, Al and Si, and at least one element selected from the group consisting of C, N, B and O. The cutting tool according to any one of claims 1 to 4, wherein the cutting tool includes a compound consisting of a kind of element.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018194133 | 2018-10-15 | ||
JP2018194133 | 2018-10-15 | ||
PCT/JP2019/026819 WO2020079893A1 (en) | 2018-10-15 | 2019-07-05 | Cutting tool |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6641661B1 true JP6641661B1 (en) | 2020-02-05 |
JPWO2020079893A1 JPWO2020079893A1 (en) | 2021-02-15 |
Family
ID=69320990
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019563311A Active JP6641661B1 (en) | 2018-10-15 | 2019-07-05 | Cutting tools |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3868501A4 (en) |
JP (1) | JP6641661B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117120191A (en) * | 2022-02-07 | 2023-11-24 | 住友电工硬质合金株式会社 | Cutting tool |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2287359A1 (en) * | 2009-07-03 | 2011-02-23 | Sandvik Intellectual Property AB | Coated cutting tool insert |
WO2012063515A1 (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-18 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Surface-coated cutting tool |
JP2013132717A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Mitsubishi Materials Corp | Surface-coated cutting tool having hard coating layer exhibiting superior chipping resistance and wear resistance |
JP2016165789A (en) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 三菱マテリアル株式会社 | Surface-coated cutting tool allowing hard coated layer to exhibit superior chipping resistance and wear resistance |
JP2017013223A (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-19 | 三菱マテリアル株式会社 | Surface coating and cutting tool |
JP2017177292A (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 三菱マテリアル株式会社 | Surface coated cutting tool |
JP2018183862A (en) * | 2017-04-21 | 2018-11-22 | 株式会社タンガロイ | Coated cutting tool |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6507457B2 (en) * | 2016-01-08 | 2019-05-08 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Method of manufacturing surface coated cutting tool |
JP6507456B2 (en) * | 2016-01-08 | 2019-05-08 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Method of manufacturing surface coated cutting tool |
-
2019
- 2019-07-05 EP EP19873542.5A patent/EP3868501A4/en active Pending
- 2019-07-05 JP JP2019563311A patent/JP6641661B1/en active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2287359A1 (en) * | 2009-07-03 | 2011-02-23 | Sandvik Intellectual Property AB | Coated cutting tool insert |
WO2012063515A1 (en) * | 2010-11-10 | 2012-05-18 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Surface-coated cutting tool |
JP2013132717A (en) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Mitsubishi Materials Corp | Surface-coated cutting tool having hard coating layer exhibiting superior chipping resistance and wear resistance |
JP2016165789A (en) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 三菱マテリアル株式会社 | Surface-coated cutting tool allowing hard coated layer to exhibit superior chipping resistance and wear resistance |
JP2017013223A (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-19 | 三菱マテリアル株式会社 | Surface coating and cutting tool |
JP2017177292A (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 三菱マテリアル株式会社 | Surface coated cutting tool |
JP2018183862A (en) * | 2017-04-21 | 2018-11-22 | 株式会社タンガロイ | Coated cutting tool |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2020079893A1 (en) | 2021-02-15 |
EP3868501A4 (en) | 2022-04-27 |
EP3868501A1 (en) | 2021-08-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5872748B1 (en) | Surface coated cutting tool | |
JP5884004B1 (en) | Surface coated cutting tool | |
JP6507456B2 (en) | Method of manufacturing surface coated cutting tool | |
WO2018037625A1 (en) | Surface-coated cutting tool and manufacturing method therefor | |
JP6912032B2 (en) | Cutting tools | |
JP6784345B1 (en) | Cutting tools | |
JP6641661B1 (en) | Cutting tools | |
KR102495052B1 (en) | cutting tool | |
JP6550661B2 (en) | Method of manufacturing surface coated cutting tool | |
JP6641660B1 (en) | Cutting tools | |
JP6834111B1 (en) | Cutting tools | |
KR102531904B1 (en) | cutting tool | |
JP6926387B2 (en) | Cutting tools | |
JP7135250B1 (en) | Cutting tools | |
JP7135261B1 (en) | Cutting tools | |
JP7135262B1 (en) | Cutting tools |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191114 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20191114 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20191126 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191203 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191213 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6641661 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |